高亮度激光技术大幅简化光通信架构 未来可实现卫星间高速互联

传统半导体激光器体积小巧、能效优异，但发光亮度偏低，且依赖笨重复杂的光学器件。新一代光子晶体半导体激光器亮度极高，足以达到熔钢级别，同时只需极简光学组件即可完成数据传输。近日，苏格兰一家初创企业首次将这类新型激光器带出实验室，完成可承载高清视频的户外远距离数据传输测试。

格拉斯哥大学孵化的光子激光初创公司 Vector Photonics 创始人兼 CEO 理查德・泰勒表示：“我们的激光器可广泛应用于各类通信场景：数据中心、电信骨干网、自由空间光通信等。我们更希望实现地对星、星对地以及卫星间通信，这类深空链路受大气湍流与信号吸收的影响更小。”

光子晶体拥有小于光波长的微纳晶格结构，这类结构如同镜像回廊，可精准控制特定波长光波的透射与反射。

千禧年以来，科研人员研发出光子晶体激光器，具备微型化、低功耗、高可控性的特点，可输出高亮度、窄发散角光束。泰勒指出，将光子晶体面发射激光器（PCSEL） 应用于自由空间光通信时，只需搭配结构极简的透镜阵列即可完成信号发射，能显著缩减系统体积、重量与成本，同时大幅提升传输距离。

PCSEL 兑现自由空间光通信应用潜力

此前，PCSEL 用于户外自由空间光通信仅停留在实验室阶段。如今，借助格拉斯哥弗劳恩霍夫应用光子学中心搭建的专用测试系统，Vector Photonics 的 PCSEL 激光器以1310 纳米近红外波段（通信 O 波段，光纤通信主流波长）完成了户外空地数据传输。

泰勒介绍，Vector Photonics 自研的 PCSEL 采用磷化铟、铟镓砷磷材料制备，可由商用晶圆厂实现稳定量产；激光器在高校洁净车间完成系统集成，并采用通用商用电子器件进行驱动控制。

此次测试在克莱德河两岸完成：从格拉斯哥科学中心至克莱德赛德酿酒厂，传输距离 300 米，速率达 50Mbps，可稳定承载高清视频业务。1998 年带领团队研制出全球首款 PCSEL 的京都大学学者野田进评价：“PCSEL 技术从实验室走向真实户外场景，极具里程碑意义。克莱德河跨河稳定通信实测，为光子学界验证了该技术在非受控真实环境下的实战性能。”

团队还在野外场地完成500 米、50Mbps同速率传输。未参与本次研究的野田进补充道：“此次实测证明 PCSEL 可在温度、湿度、大气湍流等复杂波动环境下稳定工作，充分具备实用化落地资质，是自由空间光通信的优质备选方案。”

同时他也直言，当前 50Mbps 的传输速率仍偏低，其实验室环境下 PCSEL 已实现16Gbps超高传输速率。

泰勒对此表示认同，称团队在实验室也跑出了远高于户外实测的速率。本次户外测试为英国创新署专项项目，项目要求八个月内达成22Mbps（高清视频最低传输速率）指标，目前已超额完成。他透露：团队有信心短期内实现1 公里距离 1Gbps传输，后续进一步突破数公里距离、数 Gbps 级高速光通信。