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3月18日，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）與IBM歐洲研究院聯合研發團隊在新一期《自然》雜志上發表了重要研究成果。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了超過10分貝的凈增益，是傳統摻鉺光纖放大器（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、數據中心、人工智能處理器以及高性能計算系統等領域具有廣泛的應用前景。 研究團隊指出，現代通信網絡依靠光信號傳輸海量數據，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異的性能表現，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，這兩項技術是現代光網絡和光子學的關鍵技術。此外，它的應用范圍還擴展到數據傳輸之外，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等。 |
