【儀表網 研發快訊】衛星互聯網系統以其全球覆蓋、低延遲和高帶寬的顯著優勢，成為未來通信技術發展的關鍵方向。空間激光通信是衛星通信系統發展的核心技術，半導體激光器憑借其高效率、長壽命、小體積、輕質量以及優異的調制特性，在空間激光通信系統中展現出廣泛的應用潛力。然而，太空環境中的太陽宇宙射線、銀河宇宙射線以及地磁俘獲帶中存在的大量質子、電子、重離子等高能帶電粒子，可能導致器件性能退化，甚至引發器件失效，嚴重威脅空間激光通信系統的可靠性和穩定性。
近日，中國科學院半導體研究所趙超研究員-王占國院士團隊聯合哈爾濱工業大學(深圳)、湖南匯思光電科技有限公司、浙江大學和福州大學等多家單位，在空間用通信波段量子點激光器性能研究方面取得重要進展。該團隊通過創新性的能帶設計和有源區結構優化，成功開發出在高能粒子環境下具有優異性能的量子點激光器。他們深入對比分析了不同材料體系在空間環境下的性能表現。實驗結果表明，量子點結構在低地球軌道高能粒子環境下展現出顯著的結構穩定性優勢。
基于這一發現，研究團隊成功設計并制備出新型量子點激光器。該器件在極端環境下表現出優秀的性能：在3MeV質子注量高達7×1013 cm-2的條件下, 激光器仍保持接近零的線寬增強因子；器件的平均相對強度噪聲(RIN)低至-163 dB/Hz，即使在最大注量下，RIN僅增加1 dB/Hz；此外，該激光器在-3.1 dB的強光反饋條件下仍能保持穩定工作。這一成果不僅驗證了量子點激光器在空間適應性、光學噪聲性能及對光反饋不敏感等方面的顯著優勢，還為構建高性能衛星通信網絡提供了可靠的光源解決方案。
該研究成果以“Enhanced Radiation Hardness of InAs/GaAs Quantum Dot Lasers for Space Communication”為題，發表于光學領域期刊Laser & Photonics Reviews。半導體所碩士生李曼陽、湖南匯思光電科技有限公司研究員潘淑潔博士，以及哈爾濱工業大學(深圳)段嘉楠副教授、博士生靳志勇為論文共同第一作者，半導體所趙超研究員為論文的通訊作者。該工作得到了半導體所王占國院士的悉心指導與大力支持，論文合作者還包括半導體所陳思銘研究員和徐波研究員、浙江大學金潮淵研究員和福州大學俞金玲教授等。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、穩定支持青年團隊以及北京市自然科學基金項目的經費支持。
此外，研究團隊應邀在Applied Physics Reviews上發表了題為“Radiation hardness of semiconductor laser diodes for space communication”的綜述論文。該論文不僅被期刊編輯部甄選為亮點論文(Featured/Editor’s picks)，還獲美國物理學聯合會《科學之光》(AIP Scilight)雜志的專題報道。
(左)空間通信用激光器示意圖；(中)激光器性能評估實驗裝置；(右)不同光反饋強度下激光器的光譜演變
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