带宽提升十倍的新型放大器为超强激光器开辟新天地

随着数据流量的快速增长，通信系统的容量正面临前所未有的挑战。在《自然》杂志发表的《利用非线性集成波导实现超宽带光放大》一文中，瑞典查尔姆斯理工大学的研究团队展示了一款新型放大器，其数据传输速率可达现有光纤系统的十倍。

这种可集成于小型芯片的放大器，在医疗诊断与治疗等关键激光系统中展现出巨大应用潜力。

人工智能技术的进步、流媒体服务的普及以及智能设备的激增，推动全球数据流量预计在2030年前翻倍。这一趋势对海量信息处理能力提出了更高要求。

当前，互联网、电信等数据密集型服务普遍采用光通信系统。该系统通过激光脉冲在玻璃光纤中高速传输信息，但信号质量易受噪声干扰。光学放大器在此扮演关键角色，其带宽（可处理的光波长范围）直接决定系统传输能力。

研究负责人、查尔姆斯理工大学光子学教授Peter Andrekson解释道："现有光通信放大器的带宽约为30纳米，而我们的新型放大器带宽达到300纳米，每秒可传输数据量提升十倍。"

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尺寸仅为几厘米，但每秒可处理的数据量是当前光通信系统的 10 倍。

微型化、高灵敏、强性能

这款基于氮化硅材料的新型放大器，采用螺旋状互连波导结构，在实现光信号高效传导的同时将损耗降至最低。材料与几何结构的协同优化带来了多重技术突破。

Andrekson指出："核心创新在于带宽拓展与降噪性能的双重突破。它不仅带宽提升十倍，降噪效果更优于现有各类放大器，甚至能放大太空通信等极端场景中的微弱信号。"

研究团队成功将系统微型化至数厘米见方的芯片。Andrekson补充道："虽然芯片级放大器并非新概念，但实现如此大的带宽尚属首次。"

助力疾病早期诊断

通过多放大器芯片集成，该系统具备灵活扩展性。鉴于光学放大器是所有激光器的核心组件，该设计可推动开发具备宽谱快速调谐能力的激光系统，开启多领域应用前景。

Andrekson展望道："通过设计调整，该放大器还能放大可见光与红外光。这意味着医疗诊断、分析和治疗激光系统将迎来革新。宽谱特性支持更精准的组织器官分析与成像，为疾病早期检测创造条件。"

除应用前景广阔外，该技术还可显著缩小激光系统体积并降低成本。

Andrekson 解释道："这种可扩展方案使激光器能在多波长工作，同时具备高性价比、紧凑结构和节能优势。单一系统即可满足医学研究、影像学、全息术、光谱分析、显微成像以及材料表征等跨领域需求。"

更多应用潜力探索

实验显示，该放大器在1400-1700纳米通信波段表现优异。凭借300纳米的超宽带宽，其应用可延伸至其他光谱范围。

波导结构调整后，可见光（400-700纳米）和红外光（2000-4000纳米）信号的放大也成为可能。长远来看，该技术在疾病诊疗、内窥成像、外科手术等依赖特定波长的领域将大放异彩。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41586-025-08824-3