科研人員近日成功利用稀土金屬鉺充當(dāng)光放大器的增益材料，這在小型光芯片技術(shù)領(lǐng)域還是首次，同時也是數(shù)十年來光電技術(shù)領(lǐng)域集成化之路上的一次重大突破。人類可望據(jù)此制造出集成度更高、性能更好、生產(chǎn)更容易的光電器件。

論文《Giant optical gain in a single-crystal erbiumchloride silicate nanowire》于7月發(fā)表于《自然·光學(xué)》雜志的在線版。

亞利桑那州立大學(xué)電子工程教授、清華大學(xué)“千人專家”寧存政和清華大學(xué)助理研究員孫皓領(lǐng)導(dǎo)的團隊，將鉺的光增益從幾dB每厘米傳輸線，提高到超過100dB每厘米傳輸線。這為將鉺材料用于光放大器和激光系統(tǒng)芯片鋪平了道路。

2011年，寧教授的團隊發(fā)現(xiàn)了一種特殊的鉺硅酸鹽。該物質(zhì)被制成納米線后，有成為高效光放大器材料的潛質(zhì)，光放大器、激光器、量子信息器件、光開關(guān)和太陽能電池都將從中獲益。

鉺材料在光放大器，跨洲光纖通信中扮演著重要角色，尤其是鉺摻雜放大器，目前在長距離通訊中處于不可取代的地位。

科研人員一直試圖減小鉺器件的體積，進而制造出更好的集成光電系統(tǒng)。寧教授的新研究證明了鉺的光放大潛力，并證明鉺器件完全可以小型化。

盡管花費了數(shù)年時間，寧教授和它們的團隊最終發(fā)現(xiàn)了鉺材料納米線的吸收特性，并首次成功地精確測定了該吸收系數(shù)的準(zhǔn)確數(shù)值。在此基礎(chǔ)上，研究團隊最終將光增益的效果提高上了兩個數(shù)量級。

寧教授表示，他很高興看到數(shù)年前理論預(yù)期的高光增益在實驗中得以實現(xiàn)。他們的下一個目標(biāo)，是據(jù)此制造出新型光集成電路。而孫教授則對該光集成電路在實際系統(tǒng)中的性能更感興趣。

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