指尖大年夜小光学放大年夜器将光旌旗灯号加强百倍 斯坦福团队实现低功耗高带宽冲破 ​

光学放大年夜器的功能类似音频体系中的功放，用于加强光旌旗灯号强度，是光纤通信、卫星通信等多种光基技巧的关键环节。 今朝常见的紧凑型光学放大年夜器广泛功耗较高、噪声较大年夜，且在可集成到芯片方面存在限制。 斯坦福团队此次提出的筹划，重点在于经由过程“能量收受接收”的设计，大年夜幅进步效力，在不就义带宽和噪声机能的前提下降低能耗。

论文的通信作者、斯坦福大年夜学人文与科学学院物理学副传授Amir Safavi-Naeini表示，这是初次实现真正兼具通用性与低功耗的新型光学放大年夜器，可以或许覆盖光学频谱内的广泛波段，并且足够高效，合适集成在芯片上应用，从而为构建更复杂的光学体系供给基本。

研究团队介绍，该放大年夜器可以在保持芯片级紧凑尺寸的同时，将输入光旌旗灯号强度放大年夜约100倍，仅须要数百毫瓦级功率，比拟同类器件明显降低能耗。 因为体积小、功耗低，该装配有望直接由电池供电，嵌入笔记本电脑、智妙手机等便携式终端。 在旌旗灯号放大年夜过程中，新器件还能有效克制附加噪声，并供给比现有紧凑放大年夜器更宽的工作带宽，可支撑更宽范围的光频率，进步数据容量并削减干扰。

这款放大年夜器的核心在于对“泵浦光”（pump）的能量收受接收应用。 在传统设计中，泵浦光仅作为驱动介质，其能量应用效力有限，而斯坦福团队经由过程谐振构造，让泵浦光在体系内部轮回并持续加强，从而以较低的输入功率获得更高的场强。 论文合营第一作者、Safavi-Naeini课题组博士生Devin Dean指出，经由过程对泵浦能量进行轮回应用，团队在不就义其它关键机能指标的前提下，实现了放大年夜器效力的晋升。

编译自/ScitechDaily

得益于功耗降低和芯片级微缩，这一放大年夜器被认为有望在多种应用处景中落地，包含高速数据通信、生物传感、新型光源开辟等。 Dean表示，一旦能将如许的器件做到可以大年夜范围临盆并由电池驱动，其应用空间将异常广阔，因为体积足够小，可以在各类终端设备中批量安排。

该研究论文题为《经由过程二次谐振实现低功耗集成光学放大年夜》（Low-power integrated optical amplification through second-harmonic resonance），作者来自斯坦福大年夜学及合作机构。 研究工作获得美国国防高等研究筹划局（DARPA）、日本NTT Research以及美国国度科学基金会等机构赞助。

具体而言，研究人员在器件中采取类似激光器谐振腔的构造，将光“反射回自身”，使其在腔内反复往返、强度慢慢累积。 在本次设计中，泵浦光在一个形似“跑道”的环形谐振器中轮回传播，沿着闭合回路赓续加强，为目标旌旗灯号供给更高效的增益。 这种“光学赛道”构造使体系在较低输入能量下获得更高的泵浦强度，明显改良整体能效。