近日，中美华人科学家团队对新型可集成光放大器的合作研究取得重大进展，在国际上首次实现了亚微米尺度的近红外通信光放大器，将已有器件的最大增益提高了20倍，器件尺寸却缩小了一个数量级。这使得科学家朝着最终研制出光子芯片的目标又近了一步。
该研究成果日前发表于《物理评论快报》，并被美国物理学会物理评论中心作为研究亮点给予报道。
光放大器是光通信领域的关键功能器件。上世纪90年代初，掺铒光纤放大器研制成功，打破了光纤通信传输距离受光纤损耗的限制，使全光通信距离延长至几千公里。然而，随着高密度集成光子学的快速发展，目前商用的饵掺杂光放大器尺寸已无法满足需求，迫切需要实现微纳尺度的高增益通信光放大技术。如何破解后者的高损耗、低增益难题，成为困扰科学家的主要瓶颈。
湖南大学物理与微电子科学学院潘安练团队与美国加州大学洛杉矶分校段镶锋团队合作，与该校副教授庄秀娟等人开发了一种新型微纳米光纤结构。他们以高折射率的硅为“核”，以低折射率的铒镱硅酸盐为“壳”，利用二者之间的大折射率差，将近红外光限制在高增益介质——“壳”内进行传输，从而实现了近红外通信光在微纳米尺度上传播过程中的有效放大。
据潘安练介绍，该工作的关键是在硅纳米线上制备出单晶结构的铒镱硅酸盐“壳”，使铒元素的掺杂浓度大幅提高，获得了显著的光增益。研究人员又经过两年的反复试验，对“核”“壳”的尺寸进行优化。
研究人员表示，最近的实验室测量结果表明，在1.54微米的常用通信光波段，利用“核”直径300纳米、“壳”层厚度150纳米的器件，可获得30dB/mm的净增益效果，大大超过已有水平。
