4 月 14 日消息，最新一期《自然》雜志刊發(fā)論文稱，瑞典查爾姆斯理工大學科學家研制出一款新型放大器，能使數(shù)據(jù)傳輸速度超現(xiàn)有光纖系統(tǒng) 10 倍。這種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)中具有巨大潛力。

人工智能技術(shù)的發(fā)展、流媒體服務(wù)的日益普及以及新型智能設(shè)備的大量涌現(xiàn)，是推動數(shù)據(jù)流量預計到 2030 年翻倍的主要因素，這使得能夠處理大量信息的通信系統(tǒng)的需求愈發(fā)迫切。

據(jù)了解，目前互聯(lián)網(wǎng)、電信以及其他數(shù)據(jù)密集型服務(wù)都依賴于光通信系統(tǒng)。這些系統(tǒng)利用光來傳輸信息，通過激光脈沖在由細玻璃絲構(gòu)成的光纖中高速傳播，實現(xiàn)長距離的信息傳遞。

為了確保信息保持高質(zhì)量且不受噪聲干擾，光放大器至關(guān)重要。光通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力主要取決于放大器的帶寬，即其能夠處理的光波長范圍。

“目前光通信系統(tǒng)中使用的放大器帶寬約為 30 納米，而我們的放大器帶寬達到 300 納米，能夠比現(xiàn)有系統(tǒng)每秒傳輸多十倍的數(shù)據(jù)。”查爾姆斯大學光子學教授、該研究的通訊作者彼得?安德雷克森（Peter Andrekson）解釋道。

這種新型放大器由硅氮化物制成，具有多個小型螺旋形相連的波導，能夠高效地引導光，最大限度地減少損耗。通過將這種材料與優(yōu)化的幾何設(shè)計相結(jié)合，實現(xiàn)了多項技術(shù)優(yōu)勢。

“該放大器的關(guān)鍵創(chuàng)新之處在于，它能夠在將帶寬擴大十倍的同時，比其他任何類型的放大器能更有效地降低噪聲。這使其能夠放大非常微弱的信號，例如用于太空通信的信號。”安德雷克森說。

此外，研究人員已成功將該系統(tǒng)微型化，使其能夠安裝在僅有幾厘米大小的芯片上。“雖然在小芯片上制造放大器并非新概念，但這是首次實現(xiàn)如此大的帶寬。”安德雷克森補充道。

研究人員已在芯片上集成了多個放大器，可根據(jù)需要輕松擴展。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)，為社會帶來了眾多應(yīng)用前景。

“對設(shè)計進行微小調(diào)整，就能放大可見光和紅外光。這意味著該放大器可用于醫(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。”安德雷克森說。

除了廣泛的應(yīng)用潛力外，該放大器還可以使激光系統(tǒng)變得更小、更經(jīng)濟實惠。“這種放大器為激光提供了一種可擴展的解決方案，使其能夠在不同波長下運行，同時更具成本效益、緊湊且節(jié)能。因此，基于這種放大器的單一激光系統(tǒng)可以在多個領(lǐng)域使用。除了醫(yī)學研究、診斷和治療外，還可以應(yīng)用于成像、全息術(shù)、光譜學、顯微鏡學以及材料和組件的表征，這些領(lǐng)域使用的波長完全不同。”安德雷克森解釋道。

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。通過修改波導設(shè)計，可以在其他范圍內(nèi)放大信號，例如可見光（400-700 納米）和紅外光（2000-4000 納米）。因此，從長遠來看，該放大器可以在需要可見光或紅外光的領(lǐng)域使用，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)。