近期，《自然》雜志發(fā)表了一項來自瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的科研成果，揭示了科學(xué)家成功研發(fā)出一種新型放大器，其數(shù)據(jù)傳輸速度相較于當(dāng)前的光纖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了十倍的飛躍。這款小型芯片放大器在醫(yī)療診斷和治療等關(guān)鍵激光系統(tǒng)中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
隨著人工智能技術(shù)的不斷突破、流媒體服務(wù)的快速普及以及新型智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)流量的急劇增長已成為必然趨勢。據(jù)預(yù)測，到2030年，數(shù)據(jù)流量將實(shí)現(xiàn)翻倍，這無疑對能夠高效處理大量信息的通信系統(tǒng)提出了更為迫切的需求。
目前，互聯(lián)網(wǎng)、電信以及數(shù)據(jù)密集型服務(wù)均依賴于光通信系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通過激光脈沖在光纖中的高速傳播，實(shí)現(xiàn)了長距離的信息傳遞。然而，確保信息在傳輸過程中保持高質(zhì)量且不受噪聲干擾，光放大器的作用不可或缺。光通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力很大程度上取決于放大器的帶寬，即其能夠處理的光波長范圍。
查爾姆斯大學(xué)光子學(xué)教授彼得·安德雷克森是該研究的通訊作者，他介紹道，當(dāng)前光通信系統(tǒng)中使用的放大器帶寬約為30納米，而他們研發(fā)的放大器帶寬則達(dá)到了300納米，數(shù)據(jù)傳輸速度因此實(shí)現(xiàn)了顯著提升。這一突破性的成果將極大地推動光通信技術(shù)的發(fā)展。
這款新型放大器由硅氮化物制成，其內(nèi)部設(shè)計包含多個小型螺旋形相連的波導(dǎo)，這些波導(dǎo)能夠高效地引導(dǎo)光，最大限度地減少損耗。通過結(jié)合優(yōu)化的幾何設(shè)計，該放大器實(shí)現(xiàn)了多項技術(shù)優(yōu)勢。安德雷克森表示，這款放大器的關(guān)鍵創(chuàng)新之處在于，在擴(kuò)大帶寬十倍的同時，比其他類型的放大器更有效地降低噪聲，能夠放大非常微弱的信號，如用于太空通信的信號。
研究人員成功將該系統(tǒng)微型化，使其能夠安裝在僅有幾厘米大小的芯片上。安德雷克森補(bǔ)充道，雖然在小芯片上制造放大器并非新概念，但這是首次實(shí)現(xiàn)如此大的帶寬。他們已在芯片上集成了多個放大器，可根據(jù)需要輕松擴(kuò)展。
由于光放大器是所有激光的關(guān)鍵部件，查爾姆斯研究人員的設(shè)計可用于開發(fā)能夠在寬范圍內(nèi)快速改變波長的激光系統(tǒng)，為社會帶來了廣泛的應(yīng)用前景。安德雷克森指出，通過微小調(diào)整設(shè)計，這款放大器就能放大可見光和紅外光，這意味著它可用于醫(yī)療診斷、分析和治療的激光系統(tǒng)。大帶寬能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的組織和器官分析與成像，有助于早期疾病檢測。
除了廣泛的應(yīng)用潛力外，這款放大器還可以使激光系統(tǒng)變得更小、更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。安德雷克森解釋說，這款放大器為激光提供了一種可擴(kuò)展的解決方案，使其能夠在不同波長下運(yùn)行，同時更具成本效益、緊湊且節(jié)能。因此，基于這款放大器的單一激光系統(tǒng)可以在多個領(lǐng)域使用，包括醫(yī)學(xué)研究、診斷和治療，以及成像、全息術(shù)、光譜學(xué)、顯微鏡學(xué)以及材料和組件的表征。
不同波長的光服務(wù)于各種應(yīng)用。研究人員已證明，該放大器在光通信頻譜（1400至1700納米）內(nèi)能有效工作。憑借其300納米的寬廣帶寬，該放大器有可能被調(diào)整用于其他波長。通過修改波導(dǎo)設(shè)計，可以在其他范圍內(nèi)放大信號，如可見光（400-700納米）和紅外光（2000-4000納米）。因此，從長遠(yuǎn)來看，這款放大器在需要可見光或紅外光的領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如疾病診斷、治療、內(nèi)部器官和組織的可視化以及外科手術(shù)。
