最新一期《自然》杂志刊发论文称，瑞典查尔姆斯理工大学科学家研制出一款新型放大器，能使数据传输速度超现有光纤系统 10 倍。这种小型芯片放大器在医疗诊断和治疗等关键激光系统中具有巨大潜力。
人工智能技术的发展、流媒体服务的日益普及以及新型智能设备的大量涌现，是推动数据流量预计到 2030 年翻倍的主要因素，这使得能够处理大量信息的通信系统的需求愈发迫切。
据悉，目前互联网、电信以及其他数据密集型服务都依赖于光通信系统。这些系统利用光来传输信息，通过激光脉冲在由细玻璃丝构成的光纤中高速传播，实现长距离的信息传递。
为了确保信息保持高质量且不受噪声干扰，光放大器至关重要。光通信系统的数据传输能力主要取决于放大器的带宽，即其能够处理的光波长范围。
“目前光通信系统中使用的放大器带宽约为 30 纳米，而我们的放大器带宽达到 300 纳米，能够比现有系统每秒传输多十倍的数据。”查尔姆斯大学光子学教授、该研究的通讯作者彼得・安德雷克森（Peter Andrekson）解释道。
这种新型放大器由硅氮化物制成，具有多个小型螺旋形相连的波导，能够高效地引导光，最大限度地减少损耗。通过将这种材料与优化的几何设计相结合，实现了多项技术优势。
“该放大器的关键创新之处在于，它能够在将带宽扩大十倍的同时，比其他任何类型的放大器能更有效地降低噪声。这使其能够放大非常微弱的信号，例如用于太空通信的信号。”安德雷克森说。
此外，研究人员已成功将该系统微型化，使其能够安装在仅有几厘米大小的芯片上。“虽然在小芯片上制造放大器并非新概念，但这是首次实现如此大的带宽。”安德雷克森补充道。
研究人员已在芯片上集成了多个放大器，可根据需要轻松扩展。由于光放大器是所有激光的关键部件，查尔姆斯研究人员的设计可用于开发能够在宽范围内快速改变波长的激光系统，为社会带来了众多应用前景。
“对设计进行微小调整，就能放大可见光和红外光。这意味着该放大器可用于医疗诊断、分析和治疗的激光系统。大带宽能够实现更精确的组织和器官分析与成像，有助于早期疾病检测。”安德雷克森说。
除了广泛的应用潜力外，该放大器还可以使激光系统变得更小、更经济实惠。“这种放大器为激光提供了一种可扩展的解决方案，使其能够在不同波长下运行，同时更具成本效益、紧凑且节能。因此，基于这种放大器的单一激光系统可以在多个领域使用。除了医学研究、诊断和治疗外，还可以应用于成像、全息术、光谱学、显微镜学以及材料和组件的表征，这些领域使用的波长完全不同。”安德雷克森解释道。
不同波长的光服务于各种应用。研究人员已证明，该放大器在光通信频谱（1400 至 1700 纳米）内能有效工作。凭借其 300 纳米的宽广带宽，该放大器有可能被调整用于其他波长。通过修改波导设计，可以在其他范围内放大信号，例如可见光（400-700 纳米）和红外光（2000-4000 纳米）。因此，从长远来看，该放大器可以在需要可见光或红外光的领域使用，如疾病诊断、治疗、内部器官和组织的可视化以及外科手术。
