回音壁微腔激光器噪聲特性數值模擬研究（特邀）

劉家辰，黃永箴，郝友增，楊珂，楊躍德，肖金龍

（1 中國科學院半導體研究所集成光電子學國家重點實驗室，北京100083）

（2 中國科學院大學材料科學與光電工程中心，北京100049）

0 引言

半導體激光器的相對強度噪聲（Relative Intensity Noise，RIN）和頻率噪聲（Frequency Noise，FN）對光通信、光學測量、光學計算等領域的可靠性分析有著重要影響。相對強度噪聲是指激光器輸出功率的起伏，它與激光器腔內模式的跳變和競爭，以及相干激光模式與自發輻射之間的光干涉有關［1-3］。在光通信中，低相對強度噪聲激光器有利于在數字和模擬信號傳輸中實現高信號保真度和低誤碼率。Fabry-Pérot 二極管激光器實現了幅值為-159 dB/Hz 的相對強度噪聲［4］。高輸出功率的分布反饋（Distributed Feedback，DFB）半導體激光器得到了在0.08～40 GHz 的頻率范圍內低于-160 dB/Hz 的相對強度噪聲［2］。而垂直腔面發射激光器實現了接近其標準量子極限-154.3 dB/Hz 的相對強度噪聲［5］。激光器的頻率噪聲是指瞬時頻率的隨機漲落，其來源于自發射入該模式內的光子導致的激光器的固有相位噪聲［1］。而激光的線寬，即激光單模光譜的半高全寬，可以由頻率噪聲譜低頻處的頻率噪聲確定。在光纖通信中，通信系統的容量與光源的譜寬成反比［6］。在相干光通信中，采用窄線寬光源可以降低誤碼率［7］，而相干探測器和高分辨率光譜也要求使用窄線寬的激光器［8-9］。但是實驗結果表明，除非采取額外措施，半導體激光器的線寬通常大于1 MHz，這比大多數相干通信系統所需要的線寬要寬［1］。因此，實現窄線寬半導體激光器也是當下研究的重點。……