最近，湖南大學物理與微電子科學學院潘安練教授領導的研究團隊和美國加州大學洛杉磯分校終身教授、湖南大學特聘教授段鑲鋒領導的研究團隊在新型可集成光放大器研究上取得重大進展，首次在亞微米尺度實現了性能優越的近紅外通信光放大器的構建。研究成果近期被國際公認的物理學最頂級期刊物理評論快報《Phys. Rev. Lett》接收發表（http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.027403），同時被美國物理學會APS物理評論中心（Phys. Rev. Focus）精選為研究亮點作了專題報道。

圖一：（左圖）核殼結構納米光纖放大器示意圖，及（右圖）傳輸光能量在器件內的分布圖（核層直徑為300納米，殼層厚度為150納米）

光放大器是光信息科學與技術中最關鍵的功能器件之一，尤其在光通信領域更是不可或缺，使得光通信以其巨大的帶寬資源和極快的響應能力取代了傳統的電通信技術。2012年，全球各類光放大器的銷售總額約9億美元。有報告調查預言，隨著信息世界的快速膨脹，2019年全球對光放大器的需求總量將超過28億美元。隨著集成光子學的快速發展，目前商用的餌摻雜光纖放大器的尺寸已經無法滿足高密度集成光子技術的發展需求，迫切需要實現微納尺度的高增益通信光放大技術。由于微納尺度光纖放大器件研究面臨著高損耗和低增益的技術難題，長期以來成為阻礙研究人員獲得突破的主要瓶頸。

該團隊莊秀娟副教授和博士生王曉霞等巧妙設計并開發了一種以高折射率的硅作為核、低折射率的鉺鐿硅酸鹽（高增益介質）作為殼層的新型納米光纖結構（圖一左），利用這種結構的核層與殼層具有大折射率差，使傳輸的近紅外光能有效限域在高增益的介質殼層（圖一右），從而實現了通信光在微納尺度傳播過程中的有效放大。測量結果表明，在1.54μm通信光波段，該器件可以獲得30dB/mm的凈增益效果，是已有報道的微型光放大器最大增益的20倍，而器件尺寸卻比目前已有報道的近紅外通信光放大器的最小尺寸還小一個數量級。這一技術克服了微納尺度光纖放大技術研發難題，對推動微納集成光子系統構建和新型高密度光子芯片技術的發展有著重要的意義。

本工作得到了國家重大基礎研究計劃、國家自然科學基金以及湖南省科技計劃等項目的大量支持。

注：文章發表時間是2015年7月10日