瑞士洛桑联邦理工学院与IBM欧洲研究院联合研发光子芯片行波参量放大器，实现超带宽信号放大
发布时间：2025-3-18 14:47
发布者：eechina
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3月18日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）与IBM欧洲研究院联合研发团队在新一期《自然》杂志上发表了重要研究成果。他们成功研制出一款基于光子芯片的行波参量放大器（TWPA），通过紧凑的结构设计，实现了超带宽信号放大，为光通信领域带来了革命性的突破。 这款光子芯片行波参量放大器采用了先进的磷化镓（GaP）材料，沉积在二氧化硅基底上。磷化镓作为一种具有优异光学特性的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，其强烈的光学非线性和高折射率使得光波在通过时能够相互作用，从而增强信号强度。研究团队利用这一特性，精心设计了一种微型螺旋波导结构，使得光波在波导内能够相互增强，实现了高效的信号放大。 实验结果表明，这款芯片级放大器在约140纳米的带宽范围内实现了超过10分贝的净增益，是传统掺铒光纤放大器（EDFA）带宽的三倍。此外，该器件在保持较低噪声的同时，增益可达35分贝，并能处理输入功率范围跨越6个数量级的信号。这些卓越的性能指标使得这款放大器在电信、数据中心、人工智能处理器以及高性能计算系统等领域具有广泛的应用前景。 研究团队指出，现代通信网络依靠光信号传输海量数据，但这些光信号在长距离传输过程中会逐渐变弱，需要进行放大。传统的掺铒光纤放大器虽然在一定程度上解决了这个问题，但其工作带宽有限，限制了光网络的扩展能力。而这款基于光子芯片的行波参量放大器则通过紧凑的结构设计和优异的性能表现，成功突破了这一瓶颈。 除了在光通信领域的应用外，这款放大器还提升了光学频率梳和相干通信信号的性能，这两项技术是现代光网络和光子学的关键技术。此外，它的应用范围还扩展到数据传输之外，包括光学传感、计量学以及自动驾驶汽车中使用的激光雷达系统等。 |
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