斯坦福大學設計出一種新型光學放大器，通過在諧振器中回收利用能量，實現了低功耗下的強大、低噪聲放大。

光支撐著當今的眾多技術，從電視、衛星到跨洲傳輸互聯網數據的光纖電纜。斯坦福大學的一個物理學家團隊現已開發出一種方法，將基于光的系統推向更高水平。他們設計的指尖大小的光學放大器能耗極低，并能保持全帶寬性能。

如同音頻放大器增強聲音一樣，光學放大器增加光信號的強度。目前許多緊湊型放大器需要大量電力才能運行。這項發表在《自然》雜志上的新器件通過重復利用為其供電的大部分能量克服了這一限制，極大地提高了效率。

一顆光學放大器芯片

該研究的資深作者、斯坦福大學人文與科學學院物理學副教授Amir Safavi-Naeini說："我們首次展示了一種真正多功能、低功耗的光學放大器，它能在整個光譜范圍內工作，并且效率足夠高，可以集成到芯片上，這意味著我們現在可以構建比以前復雜得多的光學系統。"

高效率與芯片級集成

這種斯坦福大學開發的放大器可以將光信號的強度提高約100倍，同時僅消耗幾百毫瓦的功率，遠低于同類尺寸器件。由于其兼具強大性能和緊湊尺寸，它可以靠電池供電并集成到筆記本電腦或智能手機中。

增強信號通常會引入不必要的噪聲，這會干擾數據傳輸。研究人員表明，他們的放大器將附加噪聲控制在最低限度。它還支持比現有緊湊型放大器更寬的帶寬，能夠處理更寬范圍的光頻率。這些特性共同轉化為更高的數據容量和更低的干擾。

這種放大器依賴于存儲在稱為"泵浦光"的光束中的能量。其有效性取決于泵浦光束的強度。

諧振器設計與能量回收

該研究的第一作者之一、薩法維-納伊尼實驗室的博士生Devin Dean說："通過回收為放大器供電的泵浦光能量，我們使其更加高效，而這并未以犧牲其其他特性為代價。"

據迪恩介紹，為了實現這一目標，該團隊采用了一種類似于激光器設計的諧振結構，作為"能量回收技巧"。在此類系統中，光被反射回自身，從而增強其強度，就像光在兩面鏡子之間來回反射時強度會增強一樣。

在這種放大器中，泵浦光在一個諧振器內產生，并在其中沿著類似跑道的環路循環。當它沿著這條路徑傳播時，其強度不斷累積，從而能更有效地放大目標信號。通過以較低的輸入功率產生更高的強度，該系統實現了顯著提高的效率。

電池供電設備與未來應用

由于其降低的功率需求和微型尺寸，該放大器可以靠電池供電，并裝入智能手機大小的設備中。

Dean說："當你能做到這一點時，可能性就真的非常廣泛了，因為它們如此之小，你可以大規模生產并用電池供電，它們可能用于數據通信、生物傳感、制造新光源，或者各種不同的應用。"

審核編輯 黃宇