4/01/2025，光纖在線訊，近日 Luceda官微整理發(fā)布了一篇文章：瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）與IBM研究院聯(lián)合研發(fā)出基于磷化鎵-二氧化硅異質(zhì)集成平臺(tái)的光子芯片放大器，在140nm超寬光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)35dB增益與4dB超低噪聲，性能全面碾壓傳統(tǒng)摻鉺光纖放大器。

      這項(xiàng)突破為光子AI計(jì)算、量子傳感和自動(dòng)駕駛LiDAR系統(tǒng)打開了全新維度。

光通信放大器的瓶頸與挑戰(zhàn)
      在全球數(shù)據(jù)流量激增的背景下，光通信系統(tǒng)面臨關(guān)鍵瓶頸。當(dāng)前主流的摻鉺光纖放大器（erbium-doped fibre amplifiers，EDFA），雖在C波段（約35 nm帶寬）內(nèi)表現(xiàn)優(yōu)異，但EDFA的工作帶寬有限，難以支撐未來光通信的擴(kuò)展需求。

      面對(duì)這一挑戰(zhàn)，科學(xué)界提出了多種解決方案（如拉曼放大器），但仍然存在能耗高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。因此，如何在更寬波長范圍內(nèi)高效放大信號(hào)，同時(shí)保持低功耗和緊湊尺寸，成為行業(yè)核心難題。

EPFL & IBM：突破性的光子芯片放大器
      近日，EPFL與IBM研究院歐洲團(tuán)隊(duì)宣布成功研發(fā)出一款基于光子芯片的超寬帶行波參量放大器(travelling-wave parametric amplifier, TWPA)。

      這款新型光放大器采用磷化鎵-二氧化硅（GaP-on-SiO?）結(jié)構(gòu)，GaP作為核心材料，憑借其卓越的光學(xué)非線性特性，在一塊僅幾厘米長的光子芯片上實(shí)現(xiàn)了超寬帶、高增益的光信號(hào)放大。

      實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在約?140 nm 的帶寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了超過 10 dB 的凈增益，是傳統(tǒng)C波段EDFA的三倍。在保持低噪聲的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)35 dB的增益，并且能夠有效放大極弱的信號(hào)。

      它還能在輸入功率跨越六個(gè)數(shù)量級(jí)的情況下穩(wěn)定工作，這意味著即使是極弱的信號(hào)也能被有效放大。

      
磷化鎵為何能成為突破性的關(guān)鍵？
研究團(tuán)隊(duì)指出，GaP具有以下幾個(gè)核心優(yōu)勢(shì)：
 ·    超強(qiáng)光學(xué)非線性：GaP材料能夠促進(jìn)光波相互作用，實(shí)現(xiàn)無須摻雜稀土元素的高效信號(hào)放大。

 ·    高折射率：相比于硅或氮化硅材料，GaP可以在更短的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)約束光信號(hào)，提高放大效率。

 ·    低損耗 & 高兼容性：GaP-on-SiO?技術(shù)可與現(xiàn)有硅光子平臺(tái)兼容，為未來大規(guī)模商用化鋪平道路。

應(yīng)用前景：從AI計(jì)算到自動(dòng)駕駛
該項(xiàng)技術(shù)的突破不僅局限于通信領(lǐng)域，還為多個(gè)前沿應(yīng)用帶來變革性影響：
 ·    數(shù)據(jù)中心 & AI 加速器：高帶寬、低功耗的光子芯片放大器可加速數(shù)據(jù)傳輸，提升AI訓(xùn)練和推理效率，減少計(jì)算延遲。

 ·    光頻梳 & 量子通信：作為高精度頻率基準(zhǔn)，該放大器能優(yōu)化光頻梳技術(shù)，提高量子通信和光子計(jì)算的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。

 ·    自動(dòng)駕駛 & 傳感系統(tǒng)：LiDAR系統(tǒng)依賴高功率、低噪聲的光信號(hào)，該放大器可顯著提高自動(dòng)駕駛傳感精度，提升夜間和復(fù)雜環(huán)境中的識(shí)別能力。

關(guān)于 Luceda Photonics
     Luceda Photonics 是由比利時(shí)IMEC、根特大學(xué)和布魯塞爾自由大學(xué)分離的光電子芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（PDA）軟件提供商。作為PDA軟件領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，致力于為客戶提供光電子芯片設(shè)計(jì)、仿真、PDK 搭建及運(yùn)維的全流程軟件和服務(wù)，協(xié)助光電子芯片設(shè)計(jì)師享有像集成電路設(shè)計(jì)師一樣的“首次即成功”的設(shè)計(jì)體驗(yàn)。2021年，Luceda China 落地上海，為中國客戶提供更高效、更貼近客戶的服務(wù)，秉持以人為本的理念和開放共贏的態(tài)度，用前沿的專業(yè)技術(shù)和良好的設(shè)計(jì)體驗(yàn)助力提升產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品面市周期、培育核心競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)中國光電子及相關(guān)領(lǐng)域快速發(fā)展。