科技日報記者 劉霞

最新一期《自然》雜志刊發(fā)論文稱，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)科學(xué)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10倍。

新型放大器結(jié)構(gòu)緊湊，僅幾厘米，但每秒可以處理的數(shù)據(jù)量是當(dāng)前光通信系統(tǒng)的10倍。圖片來源：瑞典查爾姆斯理工大學(xué)

人工智能技術(shù)迅速發(fā)展、流媒體服務(wù)日益普及，以及新智能設(shè)備激增，促使數(shù)據(jù)流量暴增。預(yù)計到2030年，數(shù)據(jù)流量將翻一番。快速增長的數(shù)據(jù)流量對通信系統(tǒng)容量的要求也與日俱增。目前，互聯(lián)網(wǎng)、電信等數(shù)據(jù)密集型服務(wù)使用光通信系統(tǒng)。此類系統(tǒng)利用光纖，借助激光脈沖長距離傳輸信息。

為確保信息高質(zhì)量傳輸且不被噪聲淹沒，光放大器必不可少。光通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸容量在很大程度上取決于放大器的帶寬，即其能將光放大的波長范圍。目前光通信用放大器的帶寬約為30納米，而新型放大器的帶寬達(dá)到300納米，使其每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是現(xiàn)有系統(tǒng)的10倍。

新型放大器由氮化硅制成，擁有幾個小的螺旋形互連波導(dǎo)，這些波導(dǎo)能以最小損耗有效引導(dǎo)光。結(jié)合材料特性與巧妙的幾何設(shè)計，新型放大器實現(xiàn)了幾大技術(shù)優(yōu)勢：首先是將帶寬增加了10倍；其次是能更有效降噪，從而能放大用于太空通信等領(lǐng)域非常微弱的信號；此外，他們還成功使放大器“瘦身”，使其能置于幾厘米大小的芯片上。

不同波長的光具有不同應(yīng)用領(lǐng)域。研究證明，新型放大器能在1400—1700納米的光譜范圍內(nèi)工作。鑒于其帶寬寬，通過修改波導(dǎo)設(shè)計，該放大器也能放大可見光（波長介于400—700納米）和紅外光（波長介于2000—4000納米）等波長范圍的信號。

研究團隊強調(diào)，新型放大器為激光系統(tǒng)提供了一種可擴展的解決方案，使其能在各種波長下工作，同時兼具成本效益、緊湊性和節(jié)能性。基于這種放大器的激光系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究、診斷和治療、成像、全息術(shù)、光譜學(xué)、顯微鏡，以及材料和組件表征等多個領(lǐng)域。

總編輯圈點

作為光通信系統(tǒng)的核心器件之一，光放大器的應(yīng)用，極大地推動了光纖通信技術(shù)的發(fā)展，為構(gòu)建現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)提供了重要支撐。如今，隨著5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)的發(fā)展，海量信息傳輸和處理成為新的技術(shù)潮流，這也對光纖通信技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。為適應(yīng)新興信息技術(shù)最新發(fā)展趨勢，光放大器目前正朝著寬帶化、集成化和智能化方向演進，以助力愈發(fā)寬廣的“信息航道”暢通無阻。