半导体激光器对信息和电信领域的重要性无与伦比。半导体激光器是一种特殊的固态激光器，利用半导体作为激活介质来放大信号。近年来，基于光纤的电信网络已成为最受青睐的选择，每条光链路都配备了半导体激光器。半导体激光器已成为电信和数据通信行业快速商业化的支柱。

垂直腔面发射半导体激光器在数据通信中的应用

一种被称为异质结构激光器的特殊类型的半导体激光器在现代电信运营中至关重要。研究人员在《光子学研究》上发表的一篇文章指出，垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 是用于数据通信和传感应用的理想光学半导体激光器类型。

垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 是数据中心和高性能计算机 (HPC) 中基于多模光纤 (MMF) 的光链路的主要光源。电信系统的最新设计旨在增强 VCSE 半导体激光器的能效，使其能够在室温下维持高调制比特率，而无需调整工作参数，即使在高温下也是如此。

这些特殊的半导体激光器预计将在数据中心领域保持主导地位，尤其是在芯片间和片上光互连领域。现代电信系统中，以单模工作和窄光谱范围为特征的VCSEL正在针对多模光纤上的长距离传输进行优化。这一进步预计将在快速、不间断的数据传输中发挥至关重要的作用。

什么是电信波段激光器？

开发覆盖1.2至1.6 μm整个波长范围的紧凑型高功率半导体激光器对于电信系统的运行至关重要。2019年，日本的一个研究团队利用光泵浦InP/InAs激光器开发了工作在特定电信频段（即电信波段激光器）的纳米线半导体激光器，取得了一项重大技术进步。

通过调节InAs量子阱层的厚度（范围为6.8至9.0纳米）实现了精确的波长控制。这些纳米线直径约1微米，长度10微米，由波长800纳米的皮秒激光器激发。室温下的光致发光测量表明，激光阈值在1.4至4.2毫焦/厘米2范围内，具体取决于激发功率。这些半导体激光器是最优化、最高效的激光器，可在电信系统的数据流中提供更高的效率。

纳米级量子点半导体激光器

现代科技进步对于人类安全和可持续的未来至关重要。在5G和6G电信网络中，快速、低延迟的通信促进了不同终端的互联互通。这些关键应用的共同需求是激光源能够以超高速执行复杂的任务，从而实现宽带、安全且节能的通信。

近年来，量子点等纳米结构半导体激光器在光通信设备中备受青睐。根据发表在IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering上的文章，量子点激光器在电信领域，尤其是在光通信领域发挥着至关重要的作用，这得益于对先进技术和高光学增益的需求。

半导体激光器的量子点概念于1982年提出。量子点激光器因其与传统半导体激光器相比更低的温度依赖性而受到青睐。与量子阱激光器相比，量子点激光器更优异的量子限制性使其具有更好的可调谐性。

这项研究提到，已经开发出一种基于氮化物、基于InGaN/GaN量子点激光器的红色激光器。激光器阵列的设计可能很复杂，因此首选工作在635nm高功率的单波段激光器。该结构包含一个GaInP单量子阱。涉及数据存储的特定应用，尤其是在电信网络和数字视频光盘领域，都利用了这种特殊的半导体激光器。

微波信号在传感、空间通信、毫米波、太赫兹信号生成以及蜂窝5G网络等领域有着广泛的应用。《光：科学与应用》杂志最近的一篇文章指出，在光注入下工作的半导体激光器已被证明能够高效地产生微波。

光注入 (OI) 是指将主激光器的光注入从激光器的谐振腔中。量子点 (QD) 半导体激光器的微波频率局部最小值稳定，能够抵御注入功率的变化。这些特性有利于未来基于片上半导体激光器的微波源的发展，并实现成本效益和能源效率。

机器学习在电信领域半导体激光器预测性维护中的应用

半导体激光器是光通信系统的重要组成部分，其技术正在快速进步，包括高速、低功耗和紧凑尺寸，以满足下一代电信网络的需求。然而，这些要求对半导体激光器的可靠性提出了重大挑战。世界各地正在进行研究，以寻找有效的解决方案。

在《光波技术杂志》上，研究人员提出了一种预测性维护框架，该框架采用机器学习技术对电信中使用的半导体激光器进行实时健康监测和预测。

该方法包含三个阶段。第一阶段是实时性能退化预测，利用基于注意力机制的门控循环单元 (GRU) 模型。第二阶段是性能退化检测，利用卷积自动编码器识别异常行为或性能退化。最后一步，使用深度学习模型估算剩余使用寿命 (RUL)。估算的 RUL 将用于决策和维护规划。

该方法在预测退化性能方面表现出色，均方根误差 (RMSE) 仅为 0.01。此外，它在异常检测方面也表现出较高的准确率，达到 94.24%。

半导体激光器是电信系统高效运行的必要条件。随着新材料的发现以及量子半导体激光器领域的进步，预计未来几年电信行业将迎来重大发展。