新型可集成亚微米通信光放大器研究取得重大进展

最近，湖南大学物理与微电子科学学院潘安练教授领导的研究团队和美国加州大学洛杉矶分校终身教授、湖南大学特聘教授段镶锋领导的研究团队在新型可集成光放大器研究上取得重大进展，首次在亚微米尺度实现了性能优越的近红外通信光放大器的构建。研究成果近期被国际公认的物理学最顶级期刊物理评论快报《Phys. Rev. Lett》接收发表（http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.027403），同时被美国物理学会APS物理评论中心（Phys. Rev. Focus）精选为研究亮点作了专题报道。

图一：（左图）核壳结构纳米光纤放大器示意图，及（右图）传输光能量在器件内的分布图（核层直径为300纳米，壳层厚度为150纳米）

光放大器是光信息科学与技术中最关键的功能器件之一，尤其在光通信领域更是不可或缺，使得光通信以其巨大的带宽资源和极快的响应能力取代了传统的电通信技术。2012年，全球各类光放大器的销售总额约9亿美元。有报告调查预言，随着信息世界的快速膨胀，2019年全球对光放大器的需求总量将超过28亿美元。随着集成光子学的快速发展，目前商用的饵掺杂光纤放大器的尺寸已经无法满足高密度集成光子技术的发展需求，迫切需要实现微纳尺度的高增益通信光放大技术。由于微纳尺度光纤放大器件研究面临着高损耗和低增益的技术难题，长期以来成为阻碍研究人员获得突破的主要瓶颈。

该团队庄秀娟副教授和博士生王晓霞等巧妙设计并开发了一种以高折射率的硅作为核、低折射率的铒镱硅酸盐（高增益介质）作为壳层的新型纳米光纤结构（图一左），利用这种结构的核层与壳层具有大折射率差，使传输的近红外光能有效限域在高增益的介质壳层（图一右），从而实现了通信光在微纳尺度传播过程中的有效放大。测量结果表明，在1.54μm通信光波段，该器件可以获得30dB/mm的净增益效果，是已有报道的微型光放大器最大增益的20倍，而器件尺寸却比目前已有报道的近红外通信光放大器的最小尺寸还小一个数量级。这一技术克服了微纳尺度光纤放大技术研发难题，对推动微纳集成光子系统构建和新型高密度光子芯片技术的发展有着重要的意义。

本工作得到了国家重大基础研究计划、国家自然科学基金以及湖南省科技计划等项目的大量支持。

注：文章发表时间是2015年7月10日