在高速数据传输技术领域，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所（以下简称“苏州纳米所”）的科研人员近日取得了重要进展。张瑞英研究员领导的III-V信息光电子器件研究团队，在环形腔被动锁模激光器（Passively Mode-Locked Semiconductor Ring Lasers, PML-SRLs）的理论研究方面实现了关键性突破，为这一领域的未来发展奠定了坚实的理论基础。
随着5G通信、物联网（IoT）、增强现实（AR）等新兴技术的迅猛发展，全球对数据传输速率和容量的需求达到了前所未有的高度。在此背景下，能够生成毫瓦级功率、百GHz重复频率的相干光梳以及亚皮秒级光脉冲的半导体被动锁模激光器，成为了实现高效数据传输的关键技术之一。然而，由于缺乏系统性的理论指导，环形腔被动锁模激光器的发展一度受阻。
针对这一难题，张瑞英团队首次构建了基于时域行波方程和载流子密度偏微分方程的PML-SRLs理论模型，深入分析了此类器件的调控机理与设计优化原则。研究指出，PML-SRLs的运行状态直接关联于激光器内部增益与损耗的动态平衡，该平衡由半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier, SOA）的载流子累积速度、可饱和吸收体（Saturable Absorber, SA）的载流子寿命以及环形谐振腔的往返时间共同决定。
尤为引人注目的是，该团队首次揭示了使用窄带宽增益特性的SOA与短谐振腔长度的组合能够促进输出脉冲的融合，从而显著提升光脉冲的能量。这一发现不仅填补了PML-SRLs系统理论的空白，而且提出的物理机制和设计准则对于所有类型的PML-SRLs器件均适用，为该技术的后续研发与实际应用开辟了道路。
研究成果以“Theoretical analysis of passively mode-locked semiconductor ring lasers”为题，已发表于国际知名光学期刊《Optics Express》。论文的通讯作者为苏州纳米所的张瑞英研究员，硕士研究生秦毕晟为第一作者。该研究项目得到了江苏省重点研发计划的大力支持。
