湖南大学与美国合作研发亚微米通信光放大器

长沙晚报讯（记者陈焕明）电脑运行速度慢，手机待机时间短、发热严重……生活中，电子产品的这些问题随处可见。在“光子芯片”取代“电子芯片”后，这些问题有望得到解决。近日，中美华人科学家团队对新型可集成光放大器的合作研究取得重大进展，在国际上首次实现了亚微米尺度的近红外通信光放大器，将已有器件的最大增益提高了20倍，器件尺寸却缩小了一个数量级。该研究成果日前发表于世界顶级学术期刊《物理评论快报》，并被美国物理学会物理评论中心作为研究亮点给予报道。这使得科学家朝着最终研制出光子芯片的目标又近了一步。

光放大器是光信息科学与技术中最关键的功能器件之一，尤其在光通信领域更是不可或缺，使得光通信以其巨大的带宽资源和极快的响应能力取代了传统的电通信技术。随着集成光子学的快速发展，目前商用的铒掺杂光纤放大器的尺寸已经无法满足高密度集成光子技术的发展需求，迫切需要实现微纳尺度的高增益通信光放大技术。由于微纳尺度光纤放大器件研究面临着高损耗和低增益的技术难题，长期以来成为阻碍研究人员获得突破的主要瓶颈。

湖南大学物理与微电子科学学院潘安练团队与美国加州大学洛杉矶分校段镶锋团队合作，与该校副教授庄秀娟等人开发了一种新型微纳米光纤结构。他们以高折射率的硅为“核”，以低折射率的铒镱硅酸盐为“壳”，利用二者之间的大折射率差，将近红外光限制在高增益介质——“壳”内进行传输，从而实现了近红外通信光在微纳米尺度上传播过程中的有效放大。

据潘安练介绍，该工作的关键是在硅纳米线上制备出单晶结构的铒镱硅酸盐“壳”，使铒元素的掺杂浓度大幅提高，获得了显著的光增益。研究人员又经过两年的反复试验，对“核”和“壳”的尺寸进行优化。研究人员表示，最近的实验室测量结果表明，在1.54微米的常用通信光波段，利用“核”直径300纳米、“壳”层厚度150纳米的器件，所获得的净增益效果大大超过已有水平。