项目1：中远红外及太赫兹量子级联激光器

项目2：氮化镓基蓝光激光器

项目3：速电吸收调制可调谐DBR激光器芯片

项目4：半导体锁模激光器（MLLD）

项目5：近红外高速雪崩光电二极管芯片

项目6：光纤传感器

项目7：面向数据中心和5G的高速光通信集成芯片

项目一：中远红外及太赫兹量子级联激光器

1项目简介

量子级联激光器是目前中远红外及太赫兹波段最具发展前景的小型、大功率、可集成的新型激光器，输出功率达到瓦级。该科研机构半导体材料科学重点实验室经过多年的基础研究和技术开发，目前形成中远红外及太赫兹波段量子级联激光器系列产品。中远红外量子级联激光器可用于环境污染气体检测、工业过程监测、人体呼吸气体检测、毒品和爆炸物检测等领域；太赫兹量子级联激光器可应用于自由空间通信、安全检查、药品监测等领域。

太赫兹量子级联激光器（杜瓦封装）

中远红外量子级联激光器

（HHL封装）

2技术特点

该科研机构在量子级联激光器研究领域一直处于国际前沿，先后研制出波长3.5至11微米室温工作系列量子级联激光器和频率覆盖2.9~3.3THz的太赫兹量子级联激光器（液氮环境工作）。

中远红外波段量子级联激光器可以进行大分子气体检测（如：CO、CO2、CH4、NH3、NO、N2O、SO2等）。已研制的基于光声光谱效应的甲烷（CH4）气体探测灵敏度达到了50ppb，SO2的气体探测灵敏度达到了ppb，完全满足环境污染成分监测的需求。

3专利情况

中远红外量子级联激光器研究方面拥有10余项授权专利，太赫兹量子级联激光器基础研究方面拥有7项授权专利。

4市场分析及应用情况

目前国际上已开始研发基于THz量子级联激光器的无线通讯、太赫兹成像、太赫兹雷达等技术，广泛应用于环保、工业生产、医疗卫生、安全检查等领域，如：自由空间通信、药品监测、邮件包裹中的爆炸物远程化学指纹传感检测、人体非破坏性癌症检查等。基于THz量子级联激光器的应用产品开发市场前景广阔，我国在THz光源方面已取得突破，该科研机构拥有完备的前期技术，具备与应用单位衔接和推广应用的成熟条件。

中远红外量子级联激光器可用于城市灰霾成因及其演化分析、温室气体监控、各种污染排放监控等，可以为政府决策、改善环境质量提供全新的技术支持。

5合作方式

技术开发、技术转让、技术服务等方式。

项目二：氮化镓基蓝光激光器

1项目简介

氮化镓（GaN）材料体系（包括InN、GaN、AlN及其合金，禁带宽度从0.7-6.2eV，波长范围从1.77um-nm）光谱范围覆盖了从近红外到深紫外全波段。以GaN为核心材料的蓝光激光器在激光显示、激光投影、激光照明、激光加工等领域有重要的应用价值，市场空间巨大。

国际上已经开展了大量的研究工作，目前日本日亚公司、欧司朗公司产品性能较好，其中日本日亚公司的产品处于国际先进水平，其蓝光产品阈值已经降到2kA/c㎡以下，光功率超过5W，寿命达数万小时，产品已经应用到激光显示、激光投影等领域。

国内，该科研机构已经制备出阈值低于2kA/c㎡、功率超过3.1W，寿命超过小时的GaN基蓝光激光器。但产品尚不成熟，目前并无商用产品。

蓝光激光器荧光光斑

蓝光激光器p-i-v曲线

2技术特点

1、效率高、体积小、重量轻且价格低；

2、近单色性，采用半导体激光器作为显示光源的系统具有色彩分辨率高、色彩饱和度高的特点；3、具有更好的可控性，包括光色可调、时间空间可控；4、具有高速通信功能。

3专利情况

已申请国家发明专利20项，其中授权8项。

4市场分析及应用情况

GaN基蓝光激光器在激光显示、激光投影、激光照明、激光加工等领域有重要的应用价值，市场空间巨大。在激光显示和微型投影的带动之下，预计年GaN基蓝光激光二极管的市场规模将达到数十亿美元。

5合作方式

技术开发、技术转让、技术服务等方式。

项目三：速电吸收调制可调谐DBR激光器芯片

1项目简介

高速电吸收调制可调谐激光器同时具有高速调制以及波长调谐功能，通单片集成的电吸收调制器（EAM）来实现高速信号的调制，通过DBR区和相区上的电流可以实现波长的调谐。该集成器件是5G光通信网络中的核心器件，满足光纤传输网对波分复用激光器的需求。

该科研机构长期从事电吸收调制器及DBR激光器相关研制工作。结合使用对接生长技术及选择区域外延技术研制成功的电吸收调制DBR可调谐激光器芯片，实现10-50Gb/s数据调制以及大于12nm的波长调谐。具有自主可控的MOCVD光子集成材料生长能力以及多种具有自主知识产权的工艺技术，具备激光器芯片小规模制备能力。

图1高速EAM调制可调谐DBR激光器芯片

2技术特点

电吸收调制DBR激光器是一种集成了由增益区（Gain）、相位区（Phase）、分布布拉格反射镜（DBR）组成的DBR激光器、半导体光放大器（SOA）及EAM的集成光器件。DBR激光器具有体积小、成本低、稳定性好、调谐速度快的优点。而EAM调制具有啁啾小成本的WDM-PON的核心激光器。

该科研机构研制的高速EAM调制DBR激光器波长调谐范围可达12nm以上、调制速率10-50Gb/s，输出功率大于10mW。实现了10Gb/sNRZ数据75Km标准单模光纤无误码传输及28Gb/sNRZ数据10Km无误码传输，在50Gb/sNRZ数据调制下眼图仍清晰张开。

图2（a）10Gb/s及（b）28Gb/sNRZ调制误码特性

图3（a）40Gb/s及（b）50Gb/sNRZ调制背对背眼图

3专利情况

高速EAM调制可调谐DBR激光器及其相关的国家发明专利多项，涉及材料生长、器件制作工艺以及测试方法等。相关专利如下：

1、双模激光器THz泵浦源的制作方法；2、可调谐激光器与光放大器单片集成器件的制作方法；3、基于分布布拉格反射激光器的波长可调谐窄线宽光源；4、一种分布布拉格反馈可调谐激光器及其制作方法；5、可实现波长宽调谐的分布反射布拉格激光器及其制作方法。

4应用领域及市场前景

随着大数据时代的到来，信息容量呈指数形式增长，特别是数据中心光互连以及宽带接入网对高速数据传输的需求更加迫切。一旦波分复用技术应用于数据中心和接入网，那么低成本的高速调制可调谐DBR激光器以及电吸收调制的DBR激光器将成为扩充通信容量的关键集成芯片。光时分波分复用无源光网络（TWDM-PON）已定为下一代PON的标准，该框架中急需解决低成本的高速可调谐激光器，以满足无色光网单元（ONU）的需求。一直以来高速光电子芯片特别是10G以上的光电子芯片长期以来进口，而中国的模块厂商如海信，武汉光迅，华美，华工正源等在国际上已经占有一定份额，设备厂商如华为，中兴更是在国际上有很大竞争力。国内急需突破高速率激光器芯片以及相集成技术，打破国外企业在高端光子芯片方面的垄断，提升相关产品以及产业在国际市场中的竞争力。

高速电吸收调制可调谐的DBR激光器具有制作工艺以及波长调谐机制相对简单、可靠性高、成本低、传输距离比直调可调谐激光器远等优点，适合未来WDM-PON和5G无线前传网络。10-25G高速可调谐激光器芯片是高速信息传送网所急需的产品，并且由于是用于接入网以及5G前传，其市场需求量巨大。

5合作方式

技术开发、技术转让

项目四：半导体锁模激光器（MLLD）

1项目简介

半导体锁模激光器因其能产生高质量的脉冲序列而具有非常广阔的应用前景，包括：太赫兹波的产生、光时钟恢复、光通信系统等等。半导体锁模激光器作为一种可集成的光脉冲源，相比于光纤锁模激光器和固体锁模激光器具有更高集成度、更高脉冲重复频率、结构紧凑、成本低、易于大量制造等优点，是产生高质量短脉冲序列的重要光源。

该科研机构长期从事半导体锁模激光器相关研究工作。研制的半导体锁模激光器包含10GHz、20GHz、25GHz、40GHz和GHz等不同脉冲重复频率。

图1半导体锁模激光器结构示意图

2技术特点

半导体锁模激光器是一种集成光器件，它的基本结构包括增益区（Gain）与饱和吸收体（SA），根据实际需求集成相位区（Phase）与分布布拉格光栅（DBR）等光学组件。与其他锁模激光器相比，半导体锁模激光器具有脉冲重复频率高、体积小、成本低、稳定性好的优点。该科研机构研制的半导体DBR锁模激光器脉冲重复频率可达40GHz，脉冲宽度可达1.5ps。

图2半导体锁模激光器性能指标图

3专利情况

半导体锁模激光器相关的中国发明专利多项，涉及器件制作工艺以及测试方法等。相关专利如下：

基于全量子阱选择区域外延的半导体锁模激光器制作方法；利用量子阱混杂制作多波长光子集成发射器芯片的方法。

4应用领域及市场前景

半导体锁模激光器主要的应用场景包括光纤通信领域、光模数转换器和光载无线通信。

在大数据时代中，光纤通信系统正在向着高速大容量、良好的扩展性和智能化的方向发展。在波分复用（WDM）大量应用的背景下，半导体锁模激光器为光纤通信网络提供了光学梳状滤波功能，进一步简化了现有WDM系统的复杂性、扩大了应用范围、降低了系统的成本、提高了系统可靠性，是光纤通信网络中不可或缺的重要器件。

随着数字信号处理技术的高速发展，系统的数字化成为必然的趋势，这对前端的模数转换器（ADC）的性能提出了更高的要求。现有的电子ADC已经实现了产业化，但是受限于孔径抖动，电子ADC难以在高采样速率下实现高量化精度的模数转换。而光ADC借助光脉冲抖动低、脉宽窄的优势有望实现宽带信号的高速高精度数字化处理，具有非常广阔的市场前景。

5合作方式

技术开发、技术转让。

项目五：近红外高速雪崩光电二极管芯片

1项目简介

目前，国内25G高速雪崩探测器全部依赖进口。为实现技术自主，项目组在器件模拟优化和暗电流抑制等方面进行了专项攻关，取得了技术突破，研制成功InGaAs/InAlAs分离吸收过渡电荷倍增电荷渡越（SAGCMCT）结构雪崩光电二极管芯片。该芯片采用特殊优化器件参数和高精度外延生长技术，具有低暗电流、高增益带宽、高可靠性等技术优势。25GHz器件带宽下暗电流进行了最小化优化，可用于25Gbps/s速率的高灵敏度传输领域。

图1InGaAs/InAlAs分离吸收过渡电荷倍增电荷渡越（SAGCMCT）探测器的结构示意图

2技术特点

1、探测波长覆盖nm~nm波段；

2、器件具有宽带高增益低暗电流的特性；

3、0.9Vb偏置电压下暗电流低至6.7nA；

4、增益带宽积GHz以上，增益为5时带宽可高于18GHz，1倍增益响应度0.45A/W。

图2器件的暗电流在0.9Vb偏置下可以达到6X10-8A

图3器件增益带宽积大于GHz

3知识产权

已申请相关领域专利1项。

4应用领域及市场前景

高速APD在光通讯模块中可以替代探测器和光放大器的组合，实现高灵敏度探测的同时降低模块光器件成本，为5G通信和数据中心中远程传输中提供更高性价比方案。

5合作方式

技术开发、技术转让。

项目六：光纤传感器

1项目简介

光纤传感器利用光纤进行传感和传输，具有本质无源、体积小、重量轻、抗电磁干扰等技术优势。一根光纤可串联多支传感器，配合高精度解调系统，可进行数百只传感器的大规模组网应用。该科研机构已经成功研发出光纤温度、应变、压力、水声、震动等各类光纤传感器，并广泛应用于地球物理、轨道交通、地震监测、石油石化、电力、安防、土木工程与水利工程等领域。

2技术特点

1、全光纤传感、传输；

2、本质无源；3、可用于高温高压恶劣环境；4、使用寿命长（＞20年）；5、灵敏度高；6、信号可长距离传输。

3专利情况

在光纤传感器领域累计获得授权发明专利60余项。

4应用领域及市场前景

当前光纤传感器全球市场规模已经超过亿元，我国的市场规模也达到了数十亿元，其增长速度远高于传感器产业的平均增速。目前光纤传感器的主要应用领域包括土木工程、石油石化、安防、轨道交通以及地球物理等领域。

5合作方式

技术开发、技术转让。

项目七：面向数据中心和5G的高速光通信集成芯片

1项目简介

本项目面向G-G通信的专用集成电路需求，研制了调制器（MZM、RING）驱动、激光器（DFB、VCSEL）驱动、跨阻放大器TIA等芯片。该类芯片主要用于数据中心有源光缆、5G前传和回传、消费级8kHDMI线缆等场景。课题组与武汉某单位合作，开发了光电混合集成25Gbps、50GbpsPAM4硅光收发芯片组。

2技术特点

针对III-V光器件，采用SiGe工艺实现了面向DML的驱动芯片、面向相干光通信的MZM驱动芯片、以及线性TIA芯片。该类芯片目前具备56Gbps水平，并开展了面向Gbps的研发工作。

针对硅光器件，采用CMOS工艺，实现了面向数据交换和HPC的共封装板载光模块，实现了高密度、低功耗的阵列调制器驱动、TIA与SERDES集成的芯片。目前具备8x25Gbps和1x56Gbps水平，正在开展面向8x56Gbps和Gbps的研发工作。

3专利情况

美国授权专利2项：

USA1，《Signalcontrolforsegmentedmodulators》；US20180380A1，《Opticalmodulatordrivers》。

4应用领域及市场前景

面向~G数据中心与5G前传/回传的光模块市场，未来五年增速将保持在20%以上；而5G无线通信和GPON光纤入户拉动的市场在未来五年将分别达到27亿和68亿美元。面向新一代消费级市场光纤型HDMI、USB-c等数据线，未来5年拥有百亿级美元的市场。

5合作方式

技术开发、技术转让