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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(tuán)隊(duì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了超帶寬信號(hào)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(dǎo)體材料，其強(qiáng)烈的光學(xué)非線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(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度。研究團(tuán)隊(duì)利用這一特性，精心設(shè)計(jì)了一種微型螺旋波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，使得光波在波導(dǎo)內(nèi)能夠相互增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了高效的信號(hào)放大。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這款芯片級(jí)放大器在約140納米的帶寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了超過(guò)10分貝的凈增益，是傳統(tǒng)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(dá)35分貝，并能處理輸入功率范圍跨越6個(gè)數(shù)量級(jí)的信號(hào)。這些卓越的性能指標(biāo)使得這款放大器在電信、數(shù)據(jù)中心、人工智能處理器以及高性能計(jì)算系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 研究團(tuán)隊(duì)指出，現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)依靠光信號(hào)傳輸海量數(shù)據(jù)，但這些光信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中會(huì)逐漸變?nèi)�，需要進(jìn)行放大。傳統(tǒng)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(kuò)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)異的性能表現(xiàn)，成功突破了這一瓶頸。 除了在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用外，這款放大器還提升了光學(xué)頻率梳和相干通信信號(hào)的性能，這兩項(xiàng)技術(shù)是現(xiàn)代光網(wǎng)絡(luò)和光子學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)。此外，它的應(yīng)用范圍還擴(kuò)展到數(shù)據(jù)傳輸之外，包括光學(xué)傳感、計(jì)量學(xué)以及自動(dòng)駕駛汽車中使用的激光雷達(dá)系統(tǒng)等。 |
