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仪表网 研发快讯】卫星互联网系统以其全球覆盖、低延迟和高带宽的显著优势，成为未来通信技术发展的关键方向。空间激光通信是卫星通信系统发展的核心技术，半导体激光器凭借其高效率、长寿命、小体积、轻质量以及优异的调制特性，在空间激光通信系统中展现出广泛的应用潜力。然而，太空环境中的太阳宇宙射线、银河宇宙射线以及地磁俘获带中存在的大量质子、电子、重离子等高能带电粒子，可能导致器件性能退化，甚至引发器件失效，严重威胁空间激光通信系统的可靠性和稳定性。
近日，中国科学院半导体研究所赵超研究员-王占国院士团队联合哈尔滨工业大学(深圳)、湖南汇思光电科技有限公司、浙江大学和福州大学等多家单位，在空间用通信波段量子点激光器性能研究方面取得重要进展。该团队通过创新性的能带设计和有源区结构优化，成功开发出在高能粒子环境下具有优异性能的量子点激光器。他们深入对比分析了不同材料体系在空间环境下的性能表现。实验结果表明，量子点结构在低地球轨道高能粒子环境下展现出显著的结构稳定性优势。
基于这一发现，研究团队成功设计并制备出新型量子点激光器。该器件在极端环境下表现出优秀的性能：在3MeV质子注量高达7×1013 cm-2的条件下, 激光器仍保持接近零的线宽增强因子；器件的平均相对强度噪声(RIN)低至-163 dB/Hz，即使在最大注量下，RIN仅增加1 dB/Hz；此外，该激光器在-3.1 dB的强光反馈条件下仍能保持稳定工作。这一成果不仅验证了量子点激光器在空间适应性、光学噪声性能及对光反馈不敏感等方面的显著优势，还为构建高性能卫星通信网络提供了可靠的光源解决方案。
该研究成果以“Enhanced Radiation Hardness of InAs/GaAs Quantum Dot Lasers for Space Communication”为题，发表于光学领域期刊Laser & Photonics Reviews。半导体所硕士生李曼阳、湖南汇思光电科技有限公司研究员潘淑洁博士，以及哈尔滨工业大学(深圳)段嘉楠副教授、博士生靳志勇为论文共同第一作者，半导体所赵超研究员为论文的通讯作者。该工作得到了半导体所王占国院士的悉心指导与大力支持，论文合作者还包括半导体所陈思铭研究员和徐波研究员、浙江大学金潮渊研究员和福州大学俞金玲教授等。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、稳定支持青年团队以及北京市自然科学基金项目的经费支持。
此外，研究团队应邀在Applied Physics Reviews上发表了题为“Radiation hardness of semiconductor laser diodes for space communication”的综述论文。该论文不仅被期刊编辑部甄选为亮点论文(Featured/Editor’s picks)，还获美国物理学联合会《科学之光》(AIP Scilight)杂志的专题报道。
(左)空间通信用激光器示意图；(中)激光器性能评估实验装置；(右)不同光反馈强度下激光器的光谱演变
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