行业前沿 | 瑞士洛桑联邦理工学院携手IBM推出35 dB增益、140 nm超宽带光放大器

4/01/2025，光纤在线讯，近日 Luceda官微整理发布了一篇文章：瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）与IBM研究院联合研发出基于磷化镓-二氧化硅异质集成平台的光子芯片放大器，在140nm超宽光谱范围内实现35dB增益与4dB超低噪声，性能全面碾压传统掺铒光纤放大器。

      这项突破为光子AI计算、量子传感和自动驾驶LiDAR系统打开了全新维度。

光通信放大器的瓶颈与挑战
      在全球数据流量激增的背景下，光通信系统面临关键瓶颈。当前主流的掺铒光纤放大器（erbium-doped fibre amplifiers，EDFA），虽在C波段（约35 nm带宽）内表现优异，但EDFA的工作带宽有限，难以支撑未来光通信的扩展需求。

      面对这一挑战，科学界提出了多种解决方案（如拉曼放大器），但仍然存在能耗高、结构复杂等问题。因此，如何在更宽波长范围内高效放大信号，同时保持低功耗和紧凑尺寸，成为行业核心难题。

EPFL & IBM：突破性的光子芯片放大器
      近日，EPFL与IBM研究院欧洲团队宣布成功研发出一款基于光子芯片的超宽带行波参量放大器(travelling-wave parametric amplifier, TWPA)。

      这款新型光放大器采用磷化镓-二氧化硅（GaP-on-SiO?）结构，GaP作为核心材料，凭借其卓越的光学非线性特性，在一块仅几厘米长的光子芯片上实现了超宽带、高增益的光信号放大。

      实验结果显示，在约?140 nm 的带宽范围内实现了超过 10 dB 的净增益，是传统C波段EDFA的三倍。在保持低噪声的同时，可实现高达35 dB的增益，并且能够有效放大极弱的信号。

      它还能在输入功率跨越六个数量级的情况下稳定工作，这意味着即使是极弱的信号也能被有效放大。

      
磷化镓为何能成为突破性的关键？
研究团队指出，GaP具有以下几个核心优势：
 ·    超强光学非线性：GaP材料能够促进光波相互作用，实现无须掺杂稀土元素的高效信号放大。

 ·    高折射率：相比于硅或氮化硅材料，GaP可以在更短的波导结构内约束光信号，提高放大效率。

 ·    低损耗 & 高兼容性：GaP-on-SiO?技术可与现有硅光子平台兼容，为未来大规模商用化铺平道路。

应用前景：从AI计算到自动驾驶
该项技术的突破不仅局限于通信领域，还为多个前沿应用带来变革性影响：
 ·    数据中心 & AI 加速器：高带宽、低功耗的光子芯片放大器可加速数据传输，提升AI训练和推理效率，减少计算延迟。

 ·    光频梳 & 量子通信：作为高精度频率基准，该放大器能优化光频梳技术，提高量子通信和光子计算的稳定性和可扩展性。

 ·    自动驾驶 & 传感系统：LiDAR系统依赖高功率、低噪声的光信号，该放大器可显著提高自动驾驶传感精度，提升夜间和复杂环境中的识别能力。

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