\"光子芯片\"讓你不用擔(dān)心手機(jī)沒(méi)電

在“光子芯片”取代“電子芯片”后，電子產(chǎn)品諸如：運(yùn)行慢，使用時(shí)間有限等問(wèn)題有望得到解決。

近日，中美華人科學(xué)家團(tuán)隊(duì)對(duì)新型可集成光放大器的合作研究取得重大進(jìn)展，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)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(gè)數(shù)量級(jí)。該研究成果日前發(fā)表于世界頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》，并被美國(guó)物理學(xué)會(huì)物理評(píng)論中心作為研究亮點(diǎn)給予報(bào)道。這使得科學(xué)家朝著最終研制出光子芯片的目標(biāo)又近了一步。

光放大器是光信息科學(xué)與技術(shù)中最關(guān)鍵的功能器件之一，尤其在光通信領(lǐng)域更是不可或缺，使得光通信以其巨大的帶寬資源和極快的響應(yīng)能力取代了傳統(tǒng)的電通信技術(shù)。隨著集成光子學(xué)的快速發(fā)展，目前商用的鉺摻雜光纖放大器的尺寸已經(jīng)無(wú)法滿足高密度集成光子技術(shù)的發(fā)展需求，迫切需要實(shí)現(xiàn)微納尺度的高增益通信光放大技術(shù)。由于微納尺度光纖放大器件研究面臨著高損耗和低增益的技術(shù)難題，長(zhǎng)期以來(lái)成為阻礙研究人員獲得突破的主要瓶頸。

湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院潘安練團(tuán)隊(duì)與美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒團(tuán)隊(duì)合作，與該校副教授莊秀娟等人開(kāi)發(fā)了一種新型微納米光纖結(jié)構(gòu)。他們以高折射率的硅為“核”，以低折射率的鉺鐿硅酸鹽為“殼”，利用二者之間的大折射率差，將近紅外光限制在高增益介質(zhì)——“殼”內(nèi)進(jìn)行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了近紅外通信光在微納米尺度上傳播過(guò)程中的有效放大。

據(jù)潘安練介紹，該工作的關(guān)鍵是在硅納米線上制備出單晶結(jié)構(gòu)的鉺鐿硅酸鹽“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(jīng)過(guò)兩年的反復(fù)試驗(yàn)，對(duì)“核”和“殼”的尺寸進(jìn)行優(yōu)化。研究人員表示，最近的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)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，所獲得的凈增益效果大大超過(guò)已有水平。