性能大增！团队用氮化硅打造出紧凑型光放大器，可安装在计算机芯片上

2021-10-11 18:07

近日，查尔默斯理工大学开发出一种光放大器，有望从根本上改善光通信性能。这种紧凑型放大器被设计成适合集成于芯片上的样式，并在不产生额外噪声的情况下放大光。

随着光基通信（Light-based communications）投入应用，世界各地之间甚至地空之间的信息传输皆成为了可能。然而，当它要进行远距离传播的时候，光本身就会失去能量。

据估计，在没有放大器的情况下，光纤电缆中高达99%的信号将在100公里内消失。因此，这种过程需要多个放大器来支持光传输。以往经验来看，每增加一个放大器都会增加噪声水平，但这会降低信号质量。

据介绍，Chalmers公司开发的上述紧凑型光放大器比它的前身小几千倍，该元件由氮化硅制成，并由9个独立的波导组成。每个波导又由22个螺旋组成，可以将光放大约10倍，而噪声仅为1.2分贝。20毫米芯片上的每个波导的性能，都优于单个体积庞大的放大器。

Chalmers团队基于克尔效应开发的这种单片光参量放大器(OPAs)，在相敏模式下运行时，其噪声值远低于传统的量子极限。值得一提的是，虽然其他的放大器也使用了克尔效应，但没有一个能像Chalmers设备那样在紧凑的格式下做到这一点。Chalmers打造出来的设备足够小，可以安装在计算机芯片上，只有几毫米大小。

这种放大器以连续波(CW)工作，而不是常规受限的脉冲泵。Chalmers团队在23m㎡的芯片面积内使用了低损耗(1.4 dB/m)氮化硅波导，演示了9.5 dB的连续波参数放大和1.2 dB的噪声系数（大大低于传统的3 dB量子极限）。根据该团队的说法，这是在色散工程集成波导氮化硅材料平台上达到的最低损耗。而且因为氮化硅从可见光到中红外波段都是透明的，它的使用使得放大器可以扩展到不同的波长。

该放大器的强大性能，也意味着远程数据传输需要更少的放大器，使其成为增强光信号的一种经济有效的选择。“由于可以将放大器集成到非常小的模块中，你可以得到性价比更高的解决方案，从长远来看，这对商业化公司来说是非常有价值的。”领导这项研究的彼得·安德森（Peter Andrekson）教授表示。