最近，湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院潘安練教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)和美國加州大學(xué)洛杉磯分校終身教授、湖南大學(xué)特聘教授段鑲鋒領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在新型可集成光放大器研究上取得重大進(jìn)展，首次在亞微米尺度實(shí)現(xiàn)了性能優(yōu)越的近紅外通信光放大器的構(gòu)建。研究成果近期被國際公認(rèn)的物理學(xué)最頂級(jí)期刊物理評(píng)論快報(bào)《Phys. Rev. Lett》接收發(fā)表（http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.027403），同時(shí)被美國物理學(xué)會(huì)APS物理評(píng)論中心（Phys. Rev. Focus）精選為研究亮點(diǎn)作了專題報(bào)道。

圖一：（左圖）核殼結(jié)構(gòu)納米光纖放大器示意圖，及（右圖）傳輸光能量在器件內(nèi)的分布圖（核層直徑為300納米，殼層厚度為150納米）

光放大器是光信息科學(xué)與技術(shù)中最關(guān)鍵的功能器件之一，尤其在光通信領(lǐng)域更是不可或缺，使得光通信以其巨大的帶寬資源和極快的響應(yīng)能力取代了傳統(tǒng)的電通信技術(shù)。2012年，全球各類光放大器的銷售總額約9億美元。有報(bào)告調(diào)查預(yù)言，隨著信息世界的快速膨脹，2019年全球?qū)夥糯笃鞯男枨罂偭繉⒊^28億美元。隨著集成光子學(xué)的快速發(fā)展，目前商用的餌摻雜光纖放大器的尺寸已經(jīng)無法滿足高密度集成光子技術(shù)的發(fā)展需求，迫切需要實(shí)現(xiàn)微納尺度的高增益通信光放大技術(shù)。由于微納尺度光纖放大器件研究面臨著高損耗和低增益的技術(shù)難題，長期以來成為阻礙研究人員獲得突破的主要瓶頸。

該團(tuán)隊(duì)莊秀娟副教授和博士生王曉霞等巧妙設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種以高折射率的硅作為核、低折射率的鉺鐿硅酸鹽（高增益介質(zhì)）作為殼層的新型納米光纖結(jié)構(gòu)（圖一左），利用這種結(jié)構(gòu)的核層與殼層具有大折射率差，使傳輸?shù)慕t外光能有效限域在高增益的介質(zhì)殼層（圖一右），從而實(shí)現(xiàn)了通信光在微納尺度傳播過程中的有效放大。測(cè)量結(jié)果表明，在1.54μm通信光波段，該器件可以獲得30dB/mm的凈增益效果，是已有報(bào)道的微型光放大器最大增益的20倍，而器件尺寸卻比目前已有報(bào)道的近紅外通信光放大器的最小尺寸還小一個(gè)數(shù)量級(jí)。這一技術(shù)克服了微納尺度光纖放大技術(shù)研發(fā)難題，對(duì)推動(dòng)微納集成光子系統(tǒng)構(gòu)建和新型高密度光子芯片技術(shù)的發(fā)展有著重要的意義。

本工作得到了國家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金以及湖南省科技計(jì)劃等項(xiàng)目的大量支持。

注：文章發(fā)表時(shí)間是2015年7月10日