IT 之家 2 月 28 日消息，斯坦福大學的物理學家最近找到了一種方法，成功研發出一種新型光學放大器，其尺寸僅有指尖大小，卻能以極低的能耗實現約 100 倍的光信號放大，且不損失帶寬。

這項有望為光纖通信、生物傳感以及數據中心等領域帶來革新的研究成果，已發表在權威科學期刊《自然》（Nature）上。

在現代社會中，光承載著從電視信號、衛星傳輸到橫跨大洋的互聯網光纖電纜等幾乎所有類型的信息技術。類似于音頻放大器，光學放大器的核心功能是接收并增強光信號。然而，現有同尺寸級別的微型光學放大器通常需要消耗大量電能才能工作。而這一新器件則巧妙地解決了這一難題。

這款放大器在僅使用幾百毫瓦功率的情況下，即可將光信號強度提升約百倍。相比現有同類尺寸的光學放大器，其能耗大幅降低。極高的能效與微小的尺寸相結合，意味著該放大器未來可以由電池供電，并集成到筆記本電腦甚至智能手機之中。

“我們首次展示了一種真正意義上的、多功能且低功耗的光學放大器。它不僅能覆蓋整個光譜范圍進行工作，其能效之高足以將其集成到一塊芯片上，”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阿米爾 · 薩法維-納伊尼（Amir Safavi-Naeini）表示。“這意味著，我們現在可以開發出比以往復雜得多的光學系統。”

除了低功耗，這款新型放大器在信號純凈度方面也表現出色。如同音頻放大器可能會引入噪音，傳統光學放大器在增強信號時也難免會加入不必要的噪聲。研究團隊證實，這款新型放大器所引入的噪聲已降至理論最低水平。同時，它的帶寬遠超現有放大器，能夠支持更寬廣的光譜范圍。這兩大優勢共同表明，該放大器能在減少干擾的同時，承載更海量的數據。

這種光學放大器由一束作為“泵”的光束中所儲存的能量驅動，其性能直接取決于該光束的強度。研究人員通過巧妙的共振設計實現了能效的大幅提升。該研究的共同第一作者、薩法維-納伊尼實驗室的博士生德溫 · 迪恩（Devin Dean）解釋說：“通過回收驅動放大器的光能量，我們顯著提高了它的效率，并且沒有以犧牲其他性能為代價。”

這種設計原理類似于激光器中已廣泛應用的“能量回收”技術，即通過將光折返來增強其強度，好比光在兩塊鏡子之間被來回反射并不斷增強。在這款新型放大器中，光在一個類似于環形賽道的諧振腔內產生并循環運行，不斷累積至更高強度，從而能更有效地增強目標光束。這種設計能用更小的輸入功率換來更高的光強，進而實現了卓越的能效。

由于其小巧的尺寸和極低的能耗，這款光學放大器完全可由電池驅動，這使得它有望應用于智能手機這類便攜設備中。迪恩展望道：“一旦實現了這一點，它的應用前景將變得非常廣闊。因為體積足夠小，我們可以進行大規模生產，并用電池為它們供電。它們將可能被用于數據通信、生物傳感、新型光源開發以及眾多其他領域。”