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瑞典新放大器:數(shù)據(jù)傳輸速度飆升至光纖系統(tǒng)十倍

   時間:2025-04-14 09:54 來源:ITBEAR作者:顧青青

近期,《自然》雜志發(fā)表了一項來自瑞典查爾姆斯理工大學的科研成果,揭示了科學家成功研發(fā)出一種新型放大器,其數(shù)據(jù)傳輸速度相較于當前的光纖系統(tǒng)實現(xiàn)了十倍的飛躍。這款小型芯片放大器在醫(yī)療診斷和治療等關(guān)鍵激光系統(tǒng)中展現(xiàn)出巨大的應用潛力。

隨著人工智能技術(shù)的不斷突破、流媒體服務的快速普及以及新型智能設(shè)備的廣泛應用,數(shù)據(jù)流量的急劇增長已成為必然趨勢。據(jù)預測,到2030年,數(shù)據(jù)流量將實現(xiàn)翻倍,這無疑對能夠高效處理大量信息的通信系統(tǒng)提出了更為迫切的需求。

目前,互聯(lián)網(wǎng)、電信以及數(shù)據(jù)密集型服務均依賴于光通信系統(tǒng),這些系統(tǒng)通過激光脈沖在光纖中的高速傳播,實現(xiàn)了長距離的信息傳遞。然而,確保信息在傳輸過程中保持高質(zhì)量且不受噪聲干擾,光放大器的作用不可或缺。光通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力很大程度上取決于放大器的帶寬,即其能夠處理的光波長范圍。

查爾姆斯大學光子學教授彼得·安德雷克森是該研究的通訊作者,他介紹道,當前光通信系統(tǒng)中使用的放大器帶寬約為30納米,而他們研發(fā)的放大器帶寬則達到了300納米,數(shù)據(jù)傳輸速度因此實現(xiàn)了顯著提升。這一突破性的成果將極大地推動光通信技術(shù)的發(fā)展。

這款新型放大器由硅氮化物制成,其內(nèi)部設(shè)計包含多個小型螺旋形相連的波導,這些波導能夠高效地引導光,最大限度地減少損耗。通過結(jié)合優(yōu)化的幾何設(shè)計,該放大器實現(xiàn)了多項技術(shù)優(yōu)勢。安德雷克森表示,這款放大器的關(guān)鍵創(chuàng)新之處在于,在擴大帶寬十倍的同時,比其他類型的放大器更有效地降低噪聲,能夠放大非常微弱的信號,如用于太空通信的信號。

研究人員成功將該系統(tǒng)微型化,使其能夠安裝在僅有幾厘米大小的芯片上。安德雷克森補充道,雖然在小芯片上制造放大器并非新概念,但這是首次實現(xiàn)如此大的帶寬。他們已在芯片上集成了多個放大器,可根據(jù)需要輕松擴展。

由于光放大器是所有激光的關(guān)鍵部件,查爾姆斯研究人員的設(shè)計可用于開發(fā)能夠在寬范圍內(nèi)快速改變波長的激光系統(tǒng),為社會帶來了廣泛的應用前景。安德雷克森指出,通過微小調(diào)整設(shè)計,這款放大器就能放大可見光和紅外光,這意味著它可用于醫(yī)療診斷、分析和治療的激光系統(tǒng)。大帶寬能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的組織和器官分析與成像,有助于早期疾病檢測。

除了廣泛的應用潛力外,這款放大器還可以使激光系統(tǒng)變得更小、更經(jīng)濟實惠。安德雷克森解釋說,這款放大器為激光提供了一種可擴展的解決方案,使其能夠在不同波長下運行,同時更具成本效益、緊湊且節(jié)能。因此,基于這款放大器的單一激光系統(tǒng)可以在多個領(lǐng)域使用,包括醫(yī)學研究、診斷和治療,以及成像、全息術(shù)、光譜學、顯微鏡學以及材料和組件的表征。

不同波長的光服務于各種應用。研究人員已證明,該放大器在光通信頻譜(1400至1700納米)內(nèi)能有效工作。憑借其300納米的寬廣帶寬,該放大器有可能被調(diào)整用于其他波長。通過修改波導設(shè)計,可以在其他范圍內(nèi)放大信號,如可見光(400-700納米)和紅外光(2000-4000納米)。因此,從長遠來看,這款放大器在需要可見光或紅外光的領(lǐng)域具有廣泛的應用前景,如疾病診斷、治療、內(nèi)部器官和組織的可視化以及外科手術(shù)。

 
 
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