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亞微米通信光放大器成為現實

發布時間:2016-03-09
 近日,中美華人科學家團隊對新型可集成光放大器的合作研究取得重大進展,在國際上首次實現了亞微米尺度的近紅外通信光放大器,將已有器件的最大增益提高了20倍,器件尺寸卻縮小了一個數量級。這使得科學家朝著最終研製出光子的目標又近了一步。

  該研究成果日前發表於《物理評論快報》,並被美國物理學會物理評論中心作為研究亮點給予報道。

  光放大器是領域的關鍵功能器件。上世紀90年代初,摻鉺放大器研製成功,打破了光纖通信傳輸距離受光纖損耗的限製,使全光通信距離延長至幾千公裏。然而,隨著高密度集成光子學的快速發展,目前商用的餌摻雜光放大器尺寸已無法滿足需求,迫切需要實現微納尺度的高增益通信光放大技術。如何破解後者的高損耗、低增益難題,成為困擾科學家的主要瓶頸。

  湖南大學物理與微電子科學學院潘安練團隊與美國加州大學洛杉磯分校段鑲鋒團隊合作,與該校副教授莊秀娟等人開發了一種新型微納米光纖結構。他們以高折射率的矽為“核”,以低折射率的鉺鐿矽酸鹽為“殼”,利用二者之間的大折射率差,將近紅外光限製在高增益介質——“殼”內進行傳輸,從而實現了近紅外通信光在微納米尺度上傳播過程中的有效放大。

  據潘安練介紹,該工作的關鍵是在矽納米線上製備出單晶結構的鉺鐿矽酸鹽“殼”,使鉺元素的摻雜濃度大幅提高,獲得了顯著的光增益。研究人員又經過兩年的反複試驗,對“核”“殼”的尺寸進行優化。

  研究人員表示,最近的室測量結果表明,在1.54微米的常用通信光波段,利用“核”直徑300納米、“殼”層厚度150納米的器件,可獲得30dB/mm的淨增益效果,大大超過已有水平。