140℃极端温度下稳定运行的100GHz量子点光频梳激光器

随着人工智能大模型训练与云计算数据交互步入Tbps时代，光通信系统正面临严峻的“带宽瓶颈”。在此背景下，作为系统核心的光频梳，其性能已成为决定数据传输速率与稳定性的关键基石。

近日，中国科学院半导体研究所陈思铭团队的一项重磅成果，为破解光频梳大规模实用化难题提供了关键方案——成功研制出可在140℃极端温度下稳定运行的100GHz量子点光频梳激光器，这一突破不仅填补了高温环境下高稳定光源的技术空白，更为主流的“共封装光学(CPO)”架构落地扫清了核心障碍。

行业痛点：CPO架构下的“火炉考验”

随着数据中心流量呈爆炸式增长，传统可插拔光模块在带宽密度与功耗上的瓶颈愈发明显。共封装光学(CPO)作为下一代光通信的核心解决方案，通过将光引擎与交换机、处理器等芯片封装在一起，将电信号传输路径从厘米级缩短至毫米级，实现了功耗降低3-4倍、带宽密度突破1000Gbps/mm的跨越式提升。博通、英伟达等巨头已纷纷推出CPO原型产品，英伟达Quantum-X InfiniBand系统更实现了115.2Tbps的带宽纪录，标志着该技术已迈入商用验证阶段。

但CPO架构也带来了严苛的“生存考验”：光引擎紧邻发热的计算芯片，工作环境温度常突破100℃，如同置身“火炉”之中。作为光引擎的核心光源，光频梳不仅需要具备超宽带宽、高稳定性，更必须耐受极端高温，同时还要满足紧凑化、低成本的商业化要求。此前，传统光频梳要么依赖笨重昂贵的光隔离器维持稳定，要么在高温下性能急剧衰减，始终无法满足CPO的实战需求。

技术破局：量子点材料的“三重创新”

面对行业困境，陈思铭团队从材料选型、工艺优化到结构设计展开系统性创新，以量子点材料为核心打造出“耐高温、高集成、低成本”的光频梳激光器，实现了三大关键突破：

材料创新攻克高温难题：团队选用量子点材料作为发光核心，其独特的能级结构使其对光反馈具有天然的不敏感性，从根本上解决了传统光源在高温下易受干扰的问题。实验验证，该器件可在140℃的极端温度下持续稳定工作，远超CPO架构的实际温度需求，彻底摆脱了对高温散热系统的依赖。

结构简化实现降本增效：得益于量子点材料的特性，团队成功省去了传统系统中必不可少的光隔离器——这一器件不仅占据30%以上的系统体积，更占据成本的核心部分。这一简化使光频梳的尺寸缩小40%以上，重量减轻50%，同时大幅降低了量产成本，为商业化落地扫清了经济障碍。

集成设计提升传输性能：100GHz的频率间隔设计使光频梳具备超宽带宽优势，可同时承载多路高速信号传输，为Tbps量级光互连提供了核心支撑。单一芯片集成的设计思路，更使其完美适配CPO架构对紧凑性的要求，单位比特功耗可降至6-7pJ/bit的行业领先水平。

应用前景：为AI与云计算注入“光动力”

这项研究的价值不仅在于技术指标的突破，更在于为下一代光通信系统提供了兼具性能与经济性的实现路径。其应用场景将深度覆盖数据中心、AI算力集群等核心领域：

在AI算力集群中，该光频梳可支撑多台超级计算机之间的高速互联，使大模型训练的数据交互效率提升5-10倍，显著缩短训练周期；在超大型数据中心，其耐高温特性可降低机房散热成本30%以上，配合CPO架构实现100Tbps以上的单封装带宽，满足未来十年的流量增长需求；在云计算领域，稳定高效的传输能力将使远程数据调用延迟降低至微秒级，推动云游戏、实时渲染等前沿应用的普及。

研究人员表示，当前该技术已完成实验室验证，下一步将推进与CPO光引擎的集成测试及量产工艺优化。随着技术的成熟，未来我们将迎来“更快、更稳、更节能”的数据传输时代——下载一部4K电影可能仅需0.1秒，AI大模型训练周期从数月缩短至数周，这些场景都将因量子点光频梳的应用而成为现实。

行业影响：重构高速光通信技术格局

在全球光通信技术竞争白热化的背景下，陈思铭团队的成果使我国在量子点光频梳领域占据了技术制高点。此前，国际巨头虽在CPO架构上布局较早，但在核心光源的耐高温与集成化方面始终未能突破。我国这项技术的出现，不仅填补了国内空白，更有望改变全球光通信核心器件的供应格局。

随着5G-Advanced、空天地一体化通信等领域的发展，光通信的带宽需求将持续攀升。量子点光频梳的突破，为我国在下一代通信技术竞争中赢得了先机，也为人工智能、云计算等数字经济核心产业的发展筑牢了“光通信底座”。

来源：每日科技网