| 2022年6月18日 |
增強光功率革新通信和自動駕駛（（Nanowerk新聞）摻雜的纖維放大器（EDFAS）是可以為光纖中的光信號功率增益的設備，該設備通常用於長距離通信光纖電纜和基於光纖的激光器。EDFAS於1980年代發明，可以說是最重要的發明之一，並深遠影響了我們的信息社會，使信號能夠在大西洋遍布大西洋並取代電氣中繼器。 |
| 光學通信中的Erbium離子有趣的是，它們可以在1.55 mm波長區域放大光，這是基於二氧化矽的光纖的傳輸損失最低的地方。當在玻璃等宿主材料中摻雜時，ERBIUM和稀土離子的獨特電子內部-4-F殼結構（通常）可以長期使用激發態。這為同時放大多個信息攜帶通道提供了理想的增益介質，該通道具有可忽略的串擾，高溫穩定性和低噪聲圖。 |
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| 光子積分芯片上的摻雜的波導放大器。（圖像：光子學和量子測量的EPFL實驗室/niels ackerman） |
| 從纖維傳感和頻率計量學到包括激光測量和LIDAR在內的工業應用，光放大也用於幾乎所有激光應用中。如今，基於稀土離子的光學放大器已成為光學頻率梳子的主力（2005年諾貝爾物理獎），用於創建世界上最精確的原子鍾。 |
| 在光子整合電路中使用稀土離子實現光擴增可以轉化整合光子學。Already in the 1990s, Bell Laboratories were looking into erbium-doped waveguide amplifiers (EDWAs), but ultimately abandoned them because their gain and output power could not match fiber-based amplifiers, while their fabrication doesn’t work with contemporary photonic integration manufacturing techniques. |
| 即使綜合光子學的近期興起，EDWAS的重新努力隻能達到不到1 MW的輸出功率，這對於許多實際應用還不足。這裏的問題是高波導背景損失，高合作的上轉換 - 高ERBIUM濃度時的增益限製因素，或者在實現緊湊型光子芯片中實現儀表尺度波導長度方麵的長期挑戰。 |
| 現在，由Tobias J. Kippenberg教授領導的EPFL的研究人員已經建立了基於氮化矽（SI3N4）的EDWA，該光子集成電路的長度高達半米，在毫米尺度的足跡上產生了超過創紀錄的輸出功率145兆瓦，提供30 dB以上的小信號淨增益，在連續運行中的電信頻段中，在電信帶中的擴增超過1000倍。該性能與矽光子學中的商業高端EDFA以及最新的III-V半導體放大器相匹配。 |
| “我們通過應用離子植入來克服長期的挑戰，即即使在非常高的離子濃度下，也從非常低的合作式上轉換中受益的晶圓尺度過程 - 到超低的氮化光子矽的光子電路。”Kippenberg’s lab, and the study’s lead scientist. |
| “這種方法使我們能夠實現低損失，高率濃度和具有儀表長度的緊湊型波導中的大模式離子重疊因子，幾十年來一直尚未解決。”研究的作者（科學，，，，“基於光子積分電路摻雜的放大器”）。 |
| “具有高輸出能力和高收益並不是一項學術成就；實際上，這對於任何放大器的實際操作至關重要，因為它意味著任何輸入信號都可以達到足以長期高速數據傳輸和射擊噪聲有限檢測的功率水平；這也表明，使用這種方法，芯片上的高脈衝能量飛秒射流最終可能成為可能。” Kippenberg說。 |
| 突破性的信號標誌著稀土離子在集成光子學中的可行增益培養基的複興，因為EDWAS的應用幾乎是無限的，從光學通信和自主駕駛的激光雷達到大量量子網絡的量子感應和記憶。預計將觸發涵蓋更稀土離子的後續研究，從可見到光譜的中紅外部分甚至更高的輸出功率提供光學上的增益。 |
