摘要： 直接在硅衬底上生长、发射波长为1310纳米的被动锁模（PML）InAs/InGaAs量子点（QD）激光器，是高速大容量通信应用中极具前景的光源。为克服硅的低发光效率问题，量子点直接在硅上生长[1]。其超快载流子动力学特性、宽带增益谱以及易于饱和的增益与吸收特性，使得近期研究成功实现了超短光脉冲的产生[2]。该量子点激光器外延层采用固态源分子束外延技术，在带有45纳米磷化镓缓冲层的轴向（001）硅衬底上完成生长[3]。本文实验研究了由五叠层InAs/InGaAs量子点阱结构组成的被动锁模量子点激光器的脉冲序列稳定性。激光器总长度设计为4.5毫米，其中可饱和吸收区占比18%，增益区与吸收区间距为10微米。该激光器以9.4吉赫兹重复频率（RR）发射光脉冲序列。图1a展示了脉冲间时序抖动（TJ）σpt p = 0.5 [4]，其中Δν为射频（RF）谱线宽，ν0为重复频率。时序抖动通过时序相位噪声（TPN）功率谱密度（PSD）[5]随吸收区反向偏压及增益电流的变化计算得出。在多数偏置条件下可观测到约100飞秒至200飞秒的低时序抖动值。在脉冲宽度低于5皮秒的最短脉冲区间（略高于激射阈值且增益电流低于120毫安），获得极低时序抖动值（紫色编码）。当增益电流为105毫安、吸收区反向偏压为0.6伏特（略高于激射阈值）时，测得最低时序抖动9飞秒（-3分贝基频拍频线宽400赫兹），对应TPN PSD如图1b所示。光脉冲序列幅度抖动（AJ）量化为脉冲强度变化的相对标准偏差[6]。如图1c所示，在增益电流低于120毫安及高电流低可饱和吸收区电压条件下（紫色编码），获得低于5%的幅度抖动值，表明激光器运行高度稳定。图1d展示非线性强度自相关信号，显示在125毫安增益电流与2.6伏特吸收区反向偏压下获得最短解卷积脉冲宽度1.7皮秒，对应时频带宽积为1.1。除增益电流超过140毫安且吸收区反向偏压低于0.6伏特的微小参数区间（此时脉冲宽度为10-18皮秒）外，其他所有偏置条件下均获得小于10皮秒的脉冲。实验首次报道了单片集成被动锁模硅基InAs/InGaAs量子点激光器稳定产生光脉冲序列，其最短脉冲宽度达1.7皮秒，最低时序抖动9飞秒（400赫兹拍频线宽），相对幅度抖动可忽略不计。