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光子芯片开启超宽带光信号增强新纪元 更智能、更快速、更高效的信号增强 一项新型光放大器正在颠覆传统技术格局。与依赖稀土元素的传统放大器不同，这种基于芯片的突破性创新利用光学非线性效应，实现了信号的自增强能力。其结果是打造出了一款紧凑型高性能设备，其带宽可达传统解决方案的三倍。 突破光放大的极限 现代通信网络依靠光信号传输海量数据。然而，与无线电信号类似，这些光信号在长距离传输时需要进行放大以避免衰减。三十余年来，掺铒光纤放大器（EDFA）始终是行业标准解决方案，可在无需频繁信号再生的条件下扩展传输距离。尽管性能优异，EDFA的工作光谱范围存在固有局限，制约了光网络的持续发展。 在人工智能加速器、数据中心和高性能计算驱动的海量数据传输需求下，现有光放大器的局限性日益凸显。研究人员正致力于开发更强大、更灵活、更紧凑的新型放大器，以满足日益增长的数据需求。 对超宽带放大技术的需求——即能在更广波长范围内实现信号增强——已变得空前迫切。虽然拉曼放大器等替代方案有所改进，但其复杂结构和能耗问题仍未解决，这突显出开发更高效解决方案的紧迫性。  制备完成的磷化镓光子芯片 芯片级光放大技术的突破 近日，由洛桑联邦理工学院Tobias Kippenberg和IBM欧洲苏黎世研究院Paul Seidler领衔的研究团队，成功研发出基于光子芯片的行波参量放大器（TWPA）。该器件采用磷化镓-二氧化硅技术，在约140 nm带宽内实现超过10 dB的净增益，其带宽是传统C波段EDFA的三倍，同时具备前所未有的紧凑形态。 传统放大器多依赖稀土元素增强信号，而这款新型放大器创新性地利用光学非线性效应——即光与材料相互作用实现自增强的特性。通过精心设计的微型螺旋波导结构，研究人员构建了一个光波相互增强的微空间，在保持低噪声水平的同时有效放大微弱信号。这种方法不仅显著提升能效，更使设备能在更广波长范围内工作，所有功能均集成于芯片级尺寸的器件之中。 磷化镓的卓越性能 研究团队选择磷化镓材料主要基于其两大优异光学特性：首先，该材料具有强光学非线性效应，能够通过光波相互作用有效提升信号强度；其次，其高折射率特性可将光场紧密限制在波导结构内，从而实现更高效的放大过程。 借助磷化镓材料，研究人员仅用数厘米长的波导便实现了高增益，大幅缩小了放大器的物理尺寸，使其完美适配新一代光通信系统的集成需求。 卓越性能与多场景适应性 实验数据显示，这款芯片级放大器可实现高达35 dB的增益，同时保持极低噪声水平。更令人瞩目的是，其可处理横跨六个数量级的输入功率，即便极其微弱的信号也能有效放大。这些特性使其不仅适用于通信领域，在精密传感等场景同样展现出强大适应能力。 该放大器还显著提升了光学频率梳和相干通信信号的性能——这两项技术正是现代光网络与光子学的核心支撑。实验证明，此类光子集成电路的性能已超越传统光纤放大系统。 光通信新纪元的多维影响 这款创新放大器将对数据中心、AI处理器和高性能计算系统产生深远影响，为这些领域带来更快速、更高效的数据传输体验。其应用版图更延伸至数据传输之外的广阔领域，包括光学传感、计量科学，乃至自动驾驶车辆搭载的LiDAR系统，开启光子技术赋能千行百业的新纪元。 相关链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08666-z 分享到：
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