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3月18日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院（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），通過緊湊的結構設計，實現(xiàn)了超帶寬信號放大，為光通信領域帶來了革命性的突破。 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)異光學特性的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料，其強烈的光學非線性和高折射率使得光波在通過時能夠相互作用，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，實現(xiàn)了高效的信號放大。 實驗結果表明，這款芯片級放大器在約140納米的帶寬范圍內實現(xiàn)了超過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，增益可達35分貝，并能處理輸入功率范圍跨越6個數(shù)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(shù)據(jù)中心、人工智能處理器以及高性能計算系統(tǒng)等領域具有廣泛的應用前景。 研究團隊指出，現(xiàn)代通信網(wǎng)絡依靠光信號傳輸海量數(shù)據(jù)，但這些光信號在長距離傳輸過程中會逐漸變弱，需要進行放大。傳統(tǒng)的摻鉺光纖放大器雖然在一定程度上解決了這個問題，但其工作帶寬有限，限制了光網(wǎng)絡的擴展能力。而這款基于光子芯片的行波參量放大器則通過緊湊的結構設計和優(yōu)異的性能表現(xiàn)，成功突破了這一瓶頸。 除了在光通信領域的應用外，這款放大器還提升了光學頻率梳和相干通信信號的性能，這兩項技術是現(xiàn)代光網(wǎng)絡和光子學的關鍵技術。此外，它的應用范圍還擴展到數(shù)據(jù)傳輸之外，包括光學傳感、計量學以及自動駕駛汽車中使用的激光雷達系統(tǒng)等。 |
