四川大学团队在Nature发文 在光放大器制备领域取得重要进展

近日，四川大学电子信息学院赵平团队联合瑞典查尔姆斯理工大学PeterAndrekson教授团队，在光放大器制备领域取得重要进展。相关研究以Ultra-broadbandopticalamplificationusingnonlinearintegratedwaveguides为题发表于Nature。四川大学赵平研究员为论文第一作者。

作为一种基本的光学元件，光放大器在通信、传感、测量、光谱分析、成像等众多光学系统中被广泛使用。四波混频集成波导光参量放大器，具有克服受激辐射光放大器带宽和噪声系数物理限制的特点与微型化的优势，引起了广泛的研究兴趣。如何消除色散管理非线性集成光波导中的多模串扰，是片上光参量放大的长期难题。此外，通过多阶色散调控取得超大带宽光参量放大，也是人们一直追求的研究目标。

基于以上重大挑战，赵平团队提出基于“脊形减模+弯曲滤模”技术的单模、负色散非线性集成光波导设计普适性方法，原理上消除了过往参量放大非线性多模集成光波导中的随机模式串扰。团队以超低损耗非线性氮化硅集成平台为例，制备出具有平坦传输光谱的、单模负色散非线性集成光波导芯片，如图1所示。团队还进一步发展了非线性氮化硅集成光波导中模电模式基模(TE00)二阶与四阶色散精确协同调控技术，实验中实现了带宽高达330nm的片上光参量放大，如图2所示。该项研究为新一代超大带宽光放大提供了新思路，在提升光纤/无线光通信容量，扩大数据中心光互连规模，提高光学测量精度，拓展光谱检测分析范围等方面有良好的应用潜力。

该工作是赵平研究员领导的集成光电器件及信息技术应用团队近期在片上光放大研究领域的最新进展。团队过往还发展出三阶非线性集成光波导参量放大高效模型与分析方法【J.Light.Technol.,40(1):128-135(2022)】，曾首次实现基于三阶非线性集成光波导的连续波光参量放大，并突破受激辐射光放大噪声系数3dB量子极限【ScienceAdvances,7(38):abi8150(2021)，入选美国光学学会评选2022年OPN全球光学研究进展“Opticsin2022”】，还利用非线性氮化硅集成波导实现了单波速率>100Gbit/s的极简全光波长变换【Nanophotonics,12(17):3427-3434(2023)】，已在集成光非线性器件与应用方面开展了基础性、体系化研究，未来将持续致力于片上光放大、光电集成芯片及其在通信、计算、测量等信息技术领域的应用基础研究。