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3月18日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）與IBM歐洲研究院聯(lián)合研發(fā)團隊在新一期《自然》雜志上發(fā)表了重要研究成果。他們成功研制出一款基于光子芯片的行波參量放大器（TWPA），通過(guò)緊湊的結構設計，實(shí)現了超帶寬信號放大，為光通信領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的突破。 這款光子芯片行波參量放大器采用了先進(jìn)的磷化鎵（GaP）材料，沉積在二氧化硅基底上。磷化鎵作為一種具有優(yōu)異光學(xué)特性的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料，其強烈的光學(xué)非線(xiàn)性和高折射率使得光波在通過(guò)時(shí)能夠相互作用，從而增強信號強度。研究團隊利用這一特性，精心設計了一種微型螺旋波導結構，使得光波在波導內能夠相互增強，實(shí)現了高效的信號放大。 實(shí)驗結果表明，這款芯片級放大器在約140納米的帶寬范圍內實(shí)現了超過(guò)10分貝的凈增益，是傳統摻鉺光纖放大器（EDFA）帶寬的三倍。此外，該器件在保持較低噪聲的同時(shí)，增益可達35分貝，并能處理輸入功率范圍跨越6個(gè)數量級的信號。這些卓越的性能指標使得這款放大器在電信、數據中心、人工智能處理器以及高性能計算系統等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。 研究團隊指出，現代通信網(wǎng)絡(luò )依靠光信號傳輸海量數據，但這些光信號在長(cháng)距離傳輸過(guò)程中會(huì )逐漸變弱，需要進(jìn)行放大。傳統的摻鉺光纖放大器雖然在一定程度上解決了這個(gè)問(wèn)題，但其工作帶寬有限，限制了光網(wǎng)絡(luò )的擴展能力。而這款基于光子芯片的行波參量放大器則通過(guò)緊湊的結構設計和優(yōu)異的性能表現，成功突破了這一瓶頸。 除了在光通信領(lǐng)域的應用外，這款放大器還提升了光學(xué)頻率梳和相干通信信號的性能，這兩項技術(shù)是現代光網(wǎng)絡(luò )和光子學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)。此外，它的應用范圍還擴展到數據傳輸之外，包括光學(xué)傳感、計量學(xué)以及自動(dòng)駕駛汽車(chē)中使用的激光雷達系統等。 |
