衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以其全球覆蓋、低延遲和高帶寬的顯著優(yōu)勢，成為未來通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵方向。空間激光通信是衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展的核心技術(shù)，半導(dǎo)體激光器憑借其高效率、長壽命、小體積、輕質(zhì)量以及優(yōu)異的調(diào)制特性，在空間激光通信系統(tǒng)中展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。然而，太空環(huán)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(zhì)子、電子、重離子等高能帶電粒子，可能導(dǎo)致器件性能退化，甚至引發(fā)器件失效，嚴重威脅空間激光通信系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
 

　　近日，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所趙超研究員-王占國院士團隊聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)、湖南匯思光電科技有限公司、浙江大學(xué)和福州大學(xué)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(chuàng)新性的能帶設(shè)計和有源區(qū)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，成功開發(fā)出在高能粒子環(huán)境下具有優(yōu)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(huán)境下的性能表現(xiàn)。實驗結(jié)果表明，量子點結(jié)構(gòu)在低地球軌道高能粒子環(huán)境下展現(xiàn)出顯著的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)勢。
 

　　基于這一發(fā)現(xiàn)，研究團隊成功設(shè)計并制備出新型量子點激光器。該器件在極端環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)秀的性能：在3MeV質(zhì)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(wěn)定工作。這一成果不僅驗證了量子點激光器在空間適應(yīng)性、光學(xué)噪聲性能及對光反饋不敏感等方面的顯著優(yōu)勢，還為構(gòu)建高性能衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)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(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域期刊Laser & Photonics Reviews。半導(dǎo)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(yè)大學(xué)(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(dǎo)體所趙超研究員為論文的通訊作者。該工作得到了半導(dǎo)體所王占國院士的悉心指導(dǎo)與大力支持，論文合作者還包括半導(dǎo)體所陳思銘研究員和徐波研究員、浙江大學(xué)金潮淵研究員和福州大學(xué)俞金玲教授等。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、穩(wěn)定支持青年團隊以及北京市自然科學(xué)基金項目的經(jīng)費支持。
 

　　此外，研究團隊?wèi)?yīng)邀在Applied Physics Reviews上發(fā)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(xué)聯(lián)合會《科學(xué)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