近期，《自然》雜志發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出一種新型放大器，其數據傳輸速度相較于當前的光纖系統實現了十倍的飛躍。這款小型芯片放大器在醫療診斷和治療等關鍵激光系統中展現出巨大的應用潛力。

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

目前，互聯網、電信以及數據密集型服務均依賴于光通信系統，這些系統通過激光脈沖在光纖中的高速傳播，實現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量且不受噪聲干擾，光放大器的作用不可或缺。光通信系統的數據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，當前光通信系統中使用的放大器帶寬約為30納米，而他們研發的放大器帶寬則達到了300納米，數據傳輸速度因此實現了顯著提升。這一突破性的成果將極大地推動光通信技術的發展。

這款新型放大器由硅氮化物制成，其內部設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。通過結合優化的幾何設計，該放大器實現了多項技術優勢。安德雷克森表示，這款放大器的關鍵創新之處在于，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，但這是首次實現如此大的帶寬。他們已在芯片上集成了多個放大器，可根據需要輕松擴展。

由于光放大器是所有激光的關鍵部件，查爾姆斯研究人員的設計可用于開發能夠在寬范圍內快速改變波長的激光系統，為社會帶來了廣泛的應用前景。安德雷克森指出，通過微小調整設計，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療診斷、分析和治療的激光系統。大帶寬能夠實現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變得更小、更經濟實惠。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、緊湊且節能。因此，基于這款放大器的單一激光系統可以在多個領域使用，包括醫學研究、診斷和治療，以及成像、全息術、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整用于其他波長。通過修改波導設計，可以在其他范圍內放大信號，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域具有廣泛的應用前景，如疾病診斷、治療、內部器官和組織的可視化以及外科手術。