無損耗光子電路的解答：重新審思拉曼增幅器

編譯／高晟鈞

恆星所發出的光線，可以在沒有明顯衰減的情況下穿過廣闊的宇宙，經過數多光年和數十億公里的距離，最終到達地球大氣層，照亮我們的地球。

對於一些光學儀器而言，例如泵浦雷射裝置所發出的光，同樣希望在傳輸過程中可以達到無損耗的境界。但很可惜的，目前的光在通過矽基波導發送後，會在幾釐米後便衰減。而使用合適的玻璃纖維（如非結晶二氧化矽），可以允許光子傳播超過數百公里，減少因傳輸損耗導致的信息失真。

那麼跨越9,000公里的光纖通信是如何運行的呢？一般而言，每隔10公里，一段光纖就會加入烯土元素鉺，起到信號增強的效果。遺憾的是，摻鉺波導放大器並不能是光子集成電路（PIC）最好的解答，因為摻鉺波導放大器所帶來的增幅和輸出功率的效果，相比於其他增幅器而言並不是特別高。更糟糕的是，它們的製造與當代光子集成製造技術不兼容。

因此，在過去20年中，PIC的無損技術之路一直是一個難題。儘管我們有足夠好的技術，被用於當今晶片中的信號增幅，但它們也消耗了巨大的電力。

針對無損信號傳輸，科學家們重新審思矽光子平台中的拉曼效應和信號放大特性。近期，來自加拿大的教授施偉和Sophie LaRochelle教授，開發出了全新的一台深次微米拉曼放射器。

一般的泵浦雷射裝置使用紅外光做為光源，可以將光子能量，轉換成分子的振動，而這種轉移可以進行信號的放大。矽基PIC中的受激拉曼效應，將有望成為一種強大的非線性效應，尤其是當波導尺寸縮小時。

20-100 mW的泵浦雷射裝置可以保持其穩定性，以及信號增幅。使用配置到光學諧振器中的相同波導尺寸，該團隊展示了覆蓋約1550 nm波長範圍的高效雷射光。

資料來源:Phys.org

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