傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器體積小巧、能效優(yōu)異，但發(fā)光亮度偏低，且依賴笨重復(fù)雜的光學(xué)器件。新一代光子晶體半導(dǎo)體激光器亮度極高，足以達(dá)到熔鋼級(jí)別，同時(shí)只需極簡(jiǎn)光學(xué)組件即可完成數(shù)據(jù)傳輸。近日，蘇格蘭一家初創(chuàng)企業(yè)首次將這類新型激光器帶出實(shí)驗(yàn)室，完成可承載高清視頻的戶外遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試。

格拉斯哥大學(xué)孵化的光子激光初創(chuàng)公司 Vector Photonics 創(chuàng)始人兼 CEO 理查德?泰勒表示：“我們的激光器可廣泛應(yīng)用于各類通信場(chǎng)景：數(shù)據(jù)中心、電信骨干網(wǎng)、自由空間光通信等。我們更希望實(shí)現(xiàn)地對(duì)星、星對(duì)地以及衛(wèi)星間通信，這類深空鏈路受大氣湍流與信號(hào)吸收的影響更小?！?/p>

光子晶體擁有小于光波長(zhǎng)的微納晶格結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)如同鏡像回廊，可精準(zhǔn)控制特定波長(zhǎng)光波的透射與反射。

千禧年以來(lái)，科研人員研發(fā)出光子晶體激光器，具備微型化、低功耗、高可控性的特點(diǎn)，可輸出高亮度、窄發(fā)散角光束。泰勒指出，將光子晶體面發(fā)射激光器（PCSEL） 應(yīng)用于自由空間光通信時(shí)，只需搭配結(jié)構(gòu)極簡(jiǎn)的透鏡陣列即可完成信號(hào)發(fā)射，能顯著縮減系統(tǒng)體積、重量與成本，同時(shí)大幅提升傳輸距離。

PCSEL 兌現(xiàn)自由空間光通信應(yīng)用潛力

此前，PCSEL 用于戶外自由空間光通信僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段。如今，借助格拉斯哥弗勞恩霍夫應(yīng)用光子學(xué)中心搭建的專用測(cè)試系統(tǒng)，Vector Photonics 的 PCSEL 激光器以1310 納米近紅外波段（通信 O 波段，光纖通信主流波長(zhǎng)）完成了戶外空地?cái)?shù)據(jù)傳輸。

泰勒介紹，Vector Photonics 自研的 PCSEL 采用磷化銦、銦鎵砷磷材料制備，可由商用晶圓廠實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)；激光器在高校潔凈車間完成系統(tǒng)集成，并采用通用商用電子器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。

此次測(cè)試在克萊德河兩岸完成：從格拉斯哥科學(xué)中心至克萊德賽德釀酒廠，傳輸距離 300 米，速率達(dá) 50Mbps，可穩(wěn)定承載高清視頻業(yè)務(wù)。1998 年帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出全球首款 PCSEL 的京都大學(xué)學(xué)者野田進(jìn)評(píng)價(jià)：“PCSEL 技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向真實(shí)戶外場(chǎng)景，極具里程碑意義。克萊德河跨河穩(wěn)定通信實(shí)測(cè)，為光子學(xué)界驗(yàn)證了該技術(shù)在非受控真實(shí)環(huán)境下的實(shí)戰(zhàn)性能。”

團(tuán)隊(duì)還在野外場(chǎng)地完成500 米、50Mbps同速率傳輸。未參與本次研究的野田進(jìn)補(bǔ)充道：“此次實(shí)測(cè)證明 PCSEL 可在溫度、濕度、大氣湍流等復(fù)雜波動(dòng)環(huán)境下穩(wěn)定工作，充分具備實(shí)用化落地資質(zhì)，是自由空間光通信的優(yōu)質(zhì)備選方案?！?/p>

同時(shí)他也直言，當(dāng)前 50Mbps 的傳輸速率仍偏低，其實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下 PCSEL 已實(shí)現(xiàn)16Gbps超高傳輸速率。

泰勒對(duì)此表示認(rèn)同，稱團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室也跑出了遠(yuǎn)高于戶外實(shí)測(cè)的速率。本次戶外測(cè)試為英國(guó)創(chuàng)新署專項(xiàng)項(xiàng)目，項(xiàng)目要求八個(gè)月內(nèi)達(dá)成22Mbps（高清視頻最低傳輸速率）指標(biāo)，目前已超額完成。他透露：團(tuán)隊(duì)有信心短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)1 公里距離 1Gbps傳輸，后續(xù)進(jìn)一步突破數(shù)公里距離、數(shù) Gbps 級(jí)高速光通信。