德国Innolume 量子点梳状激光器,用一片芯片同时输出37条等间距、低噪声的O波段谱线

当DWDM光源的通道间隔需要精确到25 GHz、而单通道RIN必须压在−135 dB/Hz以下时,你面对的往往不是“多买几颗DFB”就能解决的问题:Innolume量子点梳状激光器,用一片芯片同时输出37条等间距、低噪声的O波段谱线

在密集波分复用(DWDM)光源、扫频OCT、量子密钥分发或光纤传感阵列的设计中,通道数量、间隔精度和单通道噪声底往往是三个相互拉扯的约束。用离散DFB激光器堆叠通道,间隔由每颗器件的波长容差决定,温度漂移各自为政,通道间的相位关系不可控;用传统的锁模激光器产生频率梳,脉冲运转带来的强度噪声和色散敏感性又会在光纤链路中引入额外的信号劣化。Innolume的量子点(QD)梳状激光器走的是一条不同的路径:在一片InAs/GaAs量子点芯片上,通过可饱和吸收体实现频率调制锁模(FM mode-locking),产生一组精确等间距的连续波谱线,而非脉冲序列。官方对这一机制的定义直接指向了它与常规锁模激光器的本质区别:“enabling pulse-free operation”——无脉冲运转。这意味着输出的是多通道连续波DWDM光源,而不是一个需要外部调制或色散管理的超短脉冲源。

核心机制:可饱和吸收体锁模 + 量子点增益,为什么“无脉冲”比“有脉冲”更适合DWDM

传统锁模激光器通过饱和吸收体或可饱和吸收镜实现脉冲运转,锁模的结果在时域上是一列短脉冲,在频域上是一组等间距的梳齿。对于需要将每条梳齿作为独立DWDM通道使用的场景,脉冲运转带来两个实际问题:脉冲的峰值功率会在光纤中激发非线性效应,而脉冲的光谱包络决定了各通道的功率分布不均匀。

Innolume的QD梳状激光器保留了可饱和吸收体作为相位锁定元件,但工作模式是频率调制锁模,输出在时域上是连续的,而非脉冲序列。这一区别的工程后果是直接的:每条谱线可以作为一个独立的CW通道被使用,而不需要从脉冲序列中“切出”单根梳齿。对于DWDM数据通信,这意味着光源可以直接驱动调制器,而不需要额外的脉冲展宽或滤波环节;对于扫频OCT或干涉测量,连续的谱线输出提供了稳定的多波长照明,减少了脉冲峰值功率引起的样品损伤或光纤非线性风险。

量子点有源区在这一架构中承担了另一个关键角色:增益介质的非均匀展宽特性,使一片芯片能够在较宽的波长范围内同时维持多条谱线的净增益,而不像量子阱器件那样在增益带宽和通道均匀性之间做出严格妥协。官方数据中单模RIN低至−130 dB/Hz(0–10 GHz平均),部分型号达到−135 dB/Hz,这一噪声水平使每条谱线在作为DWDM通道时具备足够的信噪比裕量。

O波段的色散优势:为什么1300 nm/1310 nm不是随意选择

梳状激光器的工作波段被明确限定在O波段(1300–1310 nm) 。官方给出的理由是该波段在标准单模光纤中色散最小,支持高速光通信并减少信号劣化。对于DWDM传输,色散最小意味着在相同的通道间隔和传输距离下,通道间的群速度失配更小,接收端的时序裕量更宽;对于干涉测量和OCT,低色散则直接对应更深的成像深度和更高的轴向分辨率。

这一波段选择与量子点增益谱的匹配并非巧合:InAs/GaAs量子点的基态发射波长可以通过尺寸调控覆盖1300 nm附近,而O波段恰好是光纤通信的低色散窗口。通道间隔对温度的不敏感性是量子点梳状激光器相对于传统法布里–珀罗锁模器件的另一个工程优势:传统器件的腔长随温度变化,梳齿间隔会随之漂移;量子点器件的增益动力学和锁模机制对温度的敏感度更低,使等间距通道在环境温度变化中保持稳定的频率栅格,减少了DWDM系统中对每个通道单独进行波长锁定的需求。

产品谱系:从25 GHz到100 GHz,芯片与光纤耦合两种形态

Innolume的梳状激光器不是单一型号,而是一个在通道间隔、通道数量、总功率和封装形态之间提供可配置组合的平台。以下规格综合自官方产品页面及型号数据表,覆盖了该系列的主要分支。

COMB1300-25-PM(25 GHz间隔,光纤耦合蝶形封装) 是该系列中通道密度最高的光纤耦合型号之一。平均波长1300 nm,总输出功率125 mW,正向电流500 mA,正向电压1.9 V,模间隔25 GHz,通道数37,单通道功率3.5 mW,单模RIN −135 dB/Hz,偏振消光比20 dB,内置光隔离器。37个通道在25 GHz间隔下覆盖约900 GHz的总带宽,单通道3.5 mW的功率对于DWDM传输和并行传感通道是实用的功率水平。

COMB1300-25-CoC(25 GHz间隔,芯片-on-carrier) 与光纤耦合版本共享同一组光学参数(1300 nm、25 GHz、37通道),但总输出功率提升至260 mW,单通道功率7 mW。芯片形态省去了光纤耦合和隔离器封装,将全部功率保留在自由空间输出中,适用于系统集成商自行设计光学耦合和封装架构的场景。

COMB1310-50系列(50 GHz间隔,1310 nm) 提供芯片(CoC)总功率120 mW / 正向电流300 mA和光纤耦合(PM)总功率65 mW / 正向电流300 mA两种形态。50 GHz间隔在DWDM通道密度和单通道功率之间给出了一个折中点:通道数少于25 GHz版本,但单通道可获得更高的功率预算。

COMB1310-80系列(80 GHz间隔,1310 nm) 的芯片版本为总功率60 mW / 正向电流150 mA,光纤耦合版本为总功率30 mW / 正向电流140 mA。80 GHz间隔对应更宽的通道栅格,适用于对通道数要求不高但需要更宽光谱覆盖或更低驱动电流的场景。

COMB1310-100系列(100 GHz间隔,1310 nm) 的芯片版本为总功率60 mW / 正向电流200 mA,光纤耦合版本为总功率40 mW / 正向电流200 mA。100 GHz是ITU-T DWDM栅格的标准间隔之一,这一型号与标准DWDM复用/解复用器件的兼容性最为直接。此外,Innolume在OFC 2026上展示的100 GHz梳状激光器被定位为光互连的单芯片方案,支持最多24个通道、超过2 THz总带宽,并在64 Gb/s NRZ传输下实现BER < 10⁻¹²。

梳状激光器典型规格一览(代表性型号)

规格项COMB1300-25-PMCOMB1300-25-CoCCOMB1310-50-CoCCOMB1310-50-PMCOMB1310-100-CoCCOMB1310-100-PM
平均波长1300 nm1300 nm1310 nm1310 nm1310 nm1310 nm
总输出功率125 mW260 mW120 mW65 mW60 mW40 mW
正向电流500 mA500 mA300 mA300 mA200 mA200 mA
正向电压1.9 V1.9 V————
模间隔25 GHz25 GHz50 GHz50 GHz100 GHz100 GHz
通道数3737————
单通道功率3.5 mW7 mW————
单模RIN−135 dB/Hz−135 dB/Hz————
偏振消光比20 dB—————
内置光隔离器是—————
封装形态光纤耦合蝶形(PM)芯片-on-carrier芯片-on-carrier光纤耦合蝶形(PM)芯片-on-carrier光纤耦合蝶形(PM)

规格综合自Innolume官方产品页面及型号页面。产品页面通用参数栏标注的“100 GHz / 18通道 / 60 mW总功率 / 3.5 mW单通道 / −130 dB/Hz RIN / 9.5 dB PER”为某一特定配置的典型值,不代表全系列固定参数。具体型号的完整规格以随附数据表为准。

从型号分布看选型逻辑:间隔、功率与封装形态的三角取舍

上表揭示了几条对系统设计有直接影响的规律。

通道间隔越窄,单通道功率越低,但总通道数越多。 25 GHz版本提供37个通道,单通道3.5–7 mW;100 GHz版本在相同总功率量级下只有约四分之一的通道数,但每通道可分得的功率预算更高。选型的起点应当是系统实际需要的并行通道数,而不是“间隔越密越好”。如果DWDM链路只需要8–16个通道,100 GHz或80 GHz型号在驱动电流和热管理上更为简洁;如果需要30路以上的并行通道,25 GHz版本是唯一能在一个芯片上提供足够通道数的选择。

芯片(CoC)与光纤耦合(PM)之间的总功率差异,反映的是封装损耗的工程现实。 25 GHz芯片版本总功率260 mW,光纤耦合版本125 mW,差值约135 mW对应的是光纤耦合损耗、隔离器插入损耗和耦合容差。如果系统架构允许自由空间输出并自行设计耦合,芯片形态保留了完整的功率预算;如果需要即插即用的光纤接口和内置隔离器,光纤耦合版本以功率损耗换取了系统集成的便利性。

RIN指标在同一系列中保持一致。 25 GHz版本的−135 dB/Hz RIN在芯片和光纤耦合形态之间没有差异,说明噪声性能主要由量子点增益介质和锁模机制决定,而不是封装形式。这一一致性对于需要在不同封装形态之间切换的系统设计是有利的:噪声预算不需要因为封装变化而重新核算。

“无脉冲”运转在系统层面改变了什么:三个可以直接对账的工程后果

第一,DWDM通道可以直接驱动调制器,不需要脉冲管理。 在传统的脉冲锁模梳状光源中,每条梳齿对应的是脉冲序列中的一个频率分量,要将其用作独立CW通道,需要从脉冲序列中滤波提取单根梳齿,并承受脉冲峰值功率带来的非线性风险。Innolume的FM锁模输出是连续波谱线阵列,每条谱线本身就是一个可用的CW通道,省去了脉冲展宽、滤波和峰值功率管理。对于数据中心互连和PON,这意味着光源与调制器之间的接口被简化为“多波长CW输入 + 外部调制”,而不是“脉冲源 + 脉冲整形 + 波分解复用”。

第二,干涉测量和OCT中的相位稳定性不再受脉冲重复频率约束。 扫频OCT和干涉传感对光源的相位稳定性有严格要求。脉冲锁模光源的梳齿相位锁定在脉冲重复频率上,任何腔长扰动都会转化为梳齿相位的漂移。FM锁模的连续波输出将相位锁定机制与脉冲包络解耦,可饱和吸收体维持模式间的相位关系,而不产生时域上的脉冲峰值,使每条谱线的相位噪声特性更适合干涉测量。官方也将该平台定位为“ideal for advanced interferometric applications” 。

第三,低RIN是“每通道”的指标,而不是“总输出”的指标。 −130至−135 dB/Hz的RIN是在单模/单通道条件下定义的。在DWDM系统中,接收端解复用后看到的是单通道的噪声性能,而不是所有通道混合后的总噪声。这一“per-channel”的RIN定义方式,使系统设计者可以直接将梳状激光器的噪声预算与单通道接收灵敏度对接,而不需要做通道数相关的噪声修正。

配套驱动与TEC控制器:梳状激光器不是“接上电流就能跑”的裸芯片

Innolume明确建议梳状激光器与专用的驱动和TEC控制器(LDD-COMB-LASER ES) 配合使用。该控制器的关键规格为正向电流0.5 A、合规电压4 V,并集成TEC电流控制。0.5 A的电流上限与25 GHz版本(500 mA)和50 GHz版本(300 mA)的驱动需求匹配,但100 GHz版本(200 mA)和80 GHz版本(150 mA)在驱动电流上留有更大的裕量。

梳状激光器的锁模状态对驱动电流的稳定性和温度控制较为敏感。可饱和吸收体的饱和特性、量子点增益谱的温度依赖性,以及腔模间隔的长期稳定性,都要求驱动电流的低噪声和TEC的温度稳定。使用未经匹配的通用电流源,可能在短期内看到激光输出,但锁模状态的长期稳定性和通道间隔的精度无法得到保证。驱动器和TEC控制器应当被作为梳状激光器系统的一部分来规划,而不是事后选配。

选型时需要确认的几件事

第一,系统需要的是“通道数”还是“单通道功率”。 25 GHz / 37通道版本在通道密度上最高,但单通道功率在光纤耦合形态下为3.5 mW。如果下游调制器或探测器的灵敏度要求每通道更高的光功率,100 GHz或80 GHz版本以通道数换取单通道功率预算的逻辑才成立。选型的第一步应当是并行通道数的硬性上限,而不是从“间隔最密”的型号开始向下筛选。

第二,芯片(CoC)还是光纤耦合(PM)。 芯片形态保留了更高的总功率(25 GHz版本260 mW vs. 光纤耦合125 mW),但需要用户自行完成光纤耦合、隔离和封装。光纤耦合版本省去了这些环节,代价是耦合损耗和隔离器插入损耗。如果系统集成商具备自由空间到光纤的耦合能力,并且对功率预算敏感,芯片形态是更直接的起点;如果目标是快速搭建一个可测试的DWDM链路,光纤耦合版本减少了光学工程的负担。

第三,O波段色散优势是否与传输光纤匹配。 1300–1310 nm的低色散优势在标准单模光纤(G.652) 中最为显著。如果系统使用色散位移光纤或非零色散位移光纤,最佳工作波长可能偏移,需要确认梳状激光器的中心波长与光纤的零色散点是否对齐。

第四,驱动与TEC控制器的配套。 LDD-COMB-LASER ES的0.5 A / 4 V规格覆盖了25 GHz和50 GHz版本的驱动需求。如果选择100 GHz或80 GHz版本,驱动电流的裕量更大,但仍建议使用同一控制器以保证锁模状态的稳定性。如果系统需要多颗梳状激光器并行工作,驱动器的通道数和TEC的制冷能力需要在架构阶段一并规划。

如果你的DWDM光源、扫频OCT、量子通信或光纤传感阵列设计正在面临离散DFB堆叠的通道间隔不可控、脉冲锁模光源的峰值功率损伤或色散管理复杂的约束,Innolume量子点梳状激光器提供的是一套规格透明、O波段低色散、25–100 GHz间隔可配置、单通道RIN低至−135 dB/Hz、无脉冲运转的多通道连续波频率梳光源平台。欢迎提供你的目标通道数、通道间隔、单通道功率需求、传输光纤类型以及是否需要芯片或光纤耦合形态,我们可以据此确认COMB1300-25、COMB1310-50/80/100系列中哪一档与你的系统架构匹配,以及LDD-COMB-LASER ES驱动与TEC控制器的配套方案。

 

 

 

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