清華大學團隊在光電集成化領域實現重大突破

科研人員近日成功利用稀土金屬鉺充當光放大器的增益材料，這在小型光晶元技術領域還是首次，同時也是數十年來光電技術領域集成化之路上的一次重大突破。人類可望據此製造出集成度更高、性能更好、生產更容易的光電器件。

論文《Giant optical gain in a single-crystal erbium chloride silicate nanowire》於7月發表於《自然·光學》雜誌的在線版。

亞利桑那州立大學電子工程教授、清華大學「千人專家」寧存政和清華大學助理研究員孫皓領導的團隊，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。這為將鉺材料用於光放大器和激光系統晶元鋪平了道路。

2011年，寧教授的團隊發現了一種特殊的鉺硅酸鹽。該物質被製成納米線後，有成為高效光放大器材料的潛質，光放大器、激光器、量子信息器件、光開關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於不可取代的地位。

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

儘管花費了數年時間，寧教授和它們的團隊最終發現了鉺材料納米線的吸收特性，並首次成功地精確測定了該吸收係數的準確數值。在此基礎上，研究團隊最終將光增益的效果提高上了兩個數量級。

寧教授表示，他很高興看到數年前理論預期的高光增益在實驗中得以實現。他們的下一個目標，是據此製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中的性能更感興趣。

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