摘要：科学家已经基于光子芯片开发了一个紧凑的光学放大器，该光子芯片在带宽和效率方面都大大超过了传统的光学放大器。这种突破可以重塑数据中心互连，AI加速器和高性能计算。...

EPFL和IBM Research的科学家基于光子芯片开发了一个紧凑的光学放大器，该光子芯片在带宽和效率方面都大大优于传统的光学放大器。这种突破可以重塑数据中心互连，AI加速器和高性能计算。

现代通信网络依靠光学信号传输大量数据。但是，就像无线电信号较弱一样，这些光信号需要放大以在不丢失信息的情况下长距离行驶。数十年来，最常见的放大器，即掺杂的纤维放大器（EDFAS）已经达到了此目的，可以延长传输距离，而无需频繁的信号再生。但是，它们在有限的光谱带宽中运行，从而限制了光网的扩展。

为了满足对高速数据传输的不断增长的需求，研究人员一直在寻求开发更强大，灵活和紧凑的放大器的方法。即使AI加速器，数据中心和高性能计算系统处理越来越多的数据，但现有光学放大器的局限性越来越明显。

对超宽带放大的需求 - 在更广泛的波长范围内工作的放大器比以往任何时候都更加紧迫。现有的解决方案（例如拉曼放大器）提供了一些改进，但它们仍然太复杂且能量饥饿。

现在，由EPFL的Tobias Kippenberg和欧洲IBM Research的Paul Seidler领导的研究人员现在，苏黎世开发了一种基于光子芯片的旅行波参数放大器（TWPA），以前所未有的紧凑形式实现了超宽带信号放大。使用二氧化甲基磷化物二氧化衣技术，新的放大器在大约140 nm的带宽上获得了超过10 dB的净增益，比传统的C波段EDFA宽三倍。

大多数放大器都依靠稀土元素来增强信号。取而代之的是，新的放大器使用光学非线性 - 光与材料相互作用以扩大自身的特性。通过仔细设计一个微小的螺旋形波导，研究人员创造了一个空间，在该空间中，光波相互加强，增强了弱信号，同时保持噪声较低。这种方法不仅使放大器更有效，而且还可以使其在更广泛的波长范围内工作，均在紧凑的芯片大小设备中。

该团队由于其出色的光学特性而选择了磷化胆碱。首先，它表现出强烈的光学非线性，这意味着通过它的光波可以以提高信号强度的方式相互作用。其次，它具有较高的折射率，可以将光紧密限制在波导中，从而导致更有效的扩增。通过使用磷脂，科学家仅使用几厘米长的波导就可以实现高增益，从而大大降低了放大器的足迹，并使其对于下一代光学通信系统实用。

研究人员表明，他们的基于芯片的放大器可以在保持噪音较低的同时最多可获得35 dB的增益。此外，可以放大信号明显弱的信号，放大器处理输入功率范围超过六个数量级。这些功能使新的放大器高度适应电信超出电信的各种应用程序，例如精确感测

放大器还增强了光频梳和相干通信信号的性能 - 现代光网和光子学中的两种关键技术 - 表明这种光子整合电路可以超越传统的基于光纤的放大系统。

新的放大器对数据中心，AI处理器和高性能计算系统的未来具有深远的影响，所有这些都可以从更快，更有效的数据传输中受益。并且应用程序扩展到数据传输，到自动驾驶车辆中使用的光学传感，计量系统，甚至是激光雷达系统。