据外媒报道，美国乔治华盛顿大学（George Washington University）的研究人员新设计了一种垂直腔面发射激光器（VCSEL），具有创纪录的时间带宽。该激光器结合多个横向耦合腔实现，提升了激光的光学反馈。现在，VCSEL已经成为一种重要的手段，以将数据中心和超级计算机高能效、高速实现光学互联。
紧凑型激光器（图片来源：乔治华盛顿大学）
VCSEL是一种重要的半导体激光二极管，配有单片激光谐振器，以垂直于晶片表面的方向发出光线。此类激光器尺寸紧凑且具备很高的光电子性能，正在市场上占据重要地位。作为小型激光器，VCSEL可用作高速、短波长通信和光学数据网络的光源。在汽车智能传感器应用或数据通信中，实现密集且高速的数据传输是需要满足的关键需求，而这可以通过紧凑且高速的VCSEL实现。但是，VCSEL的速度限制即3-dB带宽受到热效应、寄生电阻、电容和非线性增益效应的限制。
由于增益驰援震荡等非线性光学放大效应的出现， VCSEL的直接调制频率不得超过30 GHz。此次研究人员的发明带来了一种全新的VCSEL设计。由于激光器内部的反馈需要得到仔细管理，研究人员引入了一种结合多个耦合腔的多反馈法，能够提升对“慢光”的反馈，从而延长了时间激光带宽（速度），超出了驰援震荡频率的极限值。此次创新具有开创性，因为来自每个腔的直接反馈只是中等的，并且可以通过耦合腔精确进行控制，实现更高的设计自由度。根据此种耦合腔方案，调制带宽有望在100 GHz范围内。
研究人员表示：“该项发明非常及时，因为数据服务的需求正在迅速增长，而且正向6G等下一代通信网络、汽车近距离传感器或智能手机面部识别技术等发展。此外，此种耦合腔系统还为量子信息处理器等新兴应用铺平了道路。”