新型紧凑型光学放大器比其前身小几千倍。功劳:赵平，叶志超和日元斯特兰德奎斯特/查尔莫斯技术大学瑞典查尔莫斯技术大学的研究人员提出了一种独特的光放大器，有望彻底改变空间和光纤通信。新的放大器提供了高性能，足够紧凑，可以集成到只有几毫米大小的芯片中，而且——至关重要的是——不会产生多余的噪声。查尔莫斯微技术和纳米科学系光子学实验室负责人彼得·安德里克森教授说:“这可以比作从老式拨号互联网切换到高速高质量的现代宽带。
光通信使得远距离传送信息成为可能。这项技术在一系列应用中非常有用，例如空间通信和用于互联网通信的光纤电缆。
例如，通过基于光而不是无线电波的通信，我们可以从火星上快速发送高分辨率图像。激光束携带的信息可以从地球上的发射器高速发送到地球或月球上的接收器。光通信还允许我们在世界各地使用互联网——无论信号是通过海底的光缆传输还是无线传输。
因为在两个遥远的点之间传输信息的光在传输过程中会失去能量，所以需要大量的光放大器。如果没有放大器，光缆中高达99%的信号将在100公里内消失。
反对过度噪音的持续斗争
然而，光通信中一个众所周知的问题是，这些放大器会增加额外的噪声，从而显著降低您想要发送或接收的信号质量。现在，查尔莫斯的研究人员提出了一个非常有希望的解决方案，来解决一个已经存在了几十年的障碍。
新组件由氮化硅制成，由9个独立的波导管组成(左)。每个波导由22个螺旋组成，可以将光放大约10倍，噪声系数仅为1.2分贝。每个螺旋(右)的面积为1平方毫米，其形状使得放大器设计紧凑。信用:叶志超和日元斯特兰德奎斯特/查尔莫斯理工大学/图像-3/新组件由氮化硅制成，由九个独立的波导组成(左)。每个波导由22个螺旋组成，可以将光放大约10倍，噪声系数仅为1.2分贝。每个螺旋(右)的面积为1平方毫米，其形状使得放大器设计紧凑。信用:Henrik sandsj/Chalmers工业大学，瑞典
新型紧凑型光放大器比其前身小几千倍。新组件由氮化硅制成，由九个独立的波导组成。每个波导由22个螺旋组成，可以将光放大约10倍，噪声系数仅为1.2分贝。20毫米芯片上的每个波导都优于单个大体积放大器。信用:亨里克·桑斯/查尔莫斯理工大学
这种新型紧凑型光学放大器比其前身小几千倍。新组件由氮化硅制成，由九个独立的波导组成。每个波导由22个螺旋组成，可以将光放大约10倍，噪声系数仅为1.2分贝。20毫米芯片上的每个波导都优于单个大体积放大器。功劳:赵平/查尔莫斯理工大学“我们开发出了世界上第一个光学放大器，它显著提高了光通信的范围、灵敏度和性能，不会产生任何多余的噪声，而且足够紧凑，可以实际使用，”查尔莫斯光子实验室的博士后赵平说，他也是该科学论文的主要作者之一，该论文现已在科学进展发表。
该项目中的光放大是基于一种被称为克尔效应的原理，这是迄今为止唯一已知的放大光而不会导致明显过量噪声的方法。这一原理以前已经演示过，但从未以如此紧凑的形式展示过——以前的版本体积太大，没有用处。
小巧、安静、高性能
此外，新的放大器提供了足够高的性能水平，可以更节省地放置，使其成为更具成本效益的选择。它们也工作在连续波操作中，而不仅仅是脉冲操作。
“我们在这里展示的是第一个在紧凑的集成芯片中实现极低噪声的连续波操作。这为在各种应用中的实际应用提供了现实的机会。由于可以将放大器集成到非常小的模块中，因此您可以获得更便宜、性能更好的解决方案，从长远来看，这对于商业玩家来说非常有趣，”研究负责人彼得·安德烈克森说。
彼得·安德里克森解释说，新的结果也为科技领域的全新应用打开了大门。
“这款放大器表现出前所未有的性能。我们认为这是走向实际应用的重要一步，不仅在通信领域，而且在包括量子计算机、各种传感器系统在内的领域，以及在从卫星进行大气测量以监测地球时的计量学领域。”
科学文章“克服单片波导中光放大的量子极限”已经在科学进展发表。
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