光放大器会通过增加发射的光子数来增加亮度，可增强传输数据的完整性

想象一盏不足以照亮房间的昏暗的灯。光放大器会通过增加发射的光子数来增加亮度。光子学研究人员已经创造了这样一个高增益的光学放大器，它紧凑到足以放置在一个芯片上。所开发的这个放大器，当使用在光互连，如收发器或光纤网络中时，将有助于在发射光由于光损耗而耗尽之前有效地提高发射光的功率。

除了有可能会代替目前在阿秒科学和超快光学信息处理的研究中所使用的笨重而昂贵的放大器之外，这个新开发的纳米级放大器也为光互连工具包提供了一个重要的元件，有可能为短距离到长距离的光互连提供再生放大。这项工作由新加坡科技设计大学（SUTD），A*STAR数据存储研究所和麻省理工学院的研究人员合作完成。

“我们已经开发了一种能够在光通信波长放大17000倍的光学放大器，”主导开发这个放大器的新加坡科技设计大学助理教授Dawn Tan说。“我们使用了一个被称为超富硅氮化物的专有平台，其材料组成包含70%的硅和30%的氮，具有高增益放大所需要的强非线性和高光子效率，能够有效地将光子从泵浦光输送给信号光。为了更好地感觉这个尺度上的差别，传统的光学参量放大器的成本高达几十万美元，并会占据整个光学平台的空间，而新开发的放大器比一个回形针还要小得多，成本也只是前者的一小部分。”

这些是通过一个USRN波导进行传播的光信号，其获得了42.5dB的光学参量放大。

以这么小的尺寸来提供高增益，可以在低成本宽带光谱仪，精密制造和高光谱成像等领域产生新的机会。该器件的效率也可以通过级联的四波混频——放大光子和转换光子之间的高阶混合——来揭示。这种现象也使该放大器可以作为一个可调谐的宽带光源来使用，从而可以得到比现有方法更便宜和更有效的光谱传感和分子指纹。

“高非线性光子器件的低效率在这里被通过光子器件工程克服了，其最大化了器件的非线性，同时还保持了足够大的带隙，以消除在电信波长处的双光子吸收。我们相信这是迄今为止CMOS芯片在电信波长上得到的最高的增益”Tan教授说。

实现超高增益放大的同时保持高紧凑性是可能的，因为研究人员成功地设计和实现了同时具有高非线性和高光子效率的放大器。在其他与今天的电子行业工艺兼容的平台中，要不是非线性系数低，就是光子效率低。

“该结果证明超富硅氮化物平台在高效非线性光学应用上非常有前景，特别是在利用现有的电子基础设施的CMOS光子领域，”A*STAR数据存储研究所的高级科学家Doris Ng博士说。