近日，四川大學電子信息學院趙平團隊聯合瑞典查爾姆斯理工大學Peter Andrekson教授團隊，在光放大器制備領域取得重要進展。相關研究以Ultra-broadband optical amplification using nonlinear integrated waveguides為題發表于Nature。四川大學趙平研究員為論文第一作者。

　　作為一種基本的光學元件，光放大器在通信、傳感、測量、光譜分析、成像等眾多光學系統中被廣泛使用。四波混頻集成波導光參量放大器，具有克服受激輻射光放大器帶寬和噪聲系數物理限制的特點與微型化的優勢，引起了廣泛的研究興趣。如何消除色散管理非線性集成光波導中的多模串擾，是片上光參量放大的長期難題。此外，通過多階色散調控取得超大帶寬光參量放大，也是人們一直追求的研究目標。

　　基于以上重大挑戰，趙平團隊提出基于“脊形減模+彎曲濾模”技術的單模、負色散非線性集成光波導設計普適性方法，原理上消除了過往參量放大非線性多模集成光波導中的隨機模式串擾。團隊以超低損耗非線性氮化硅集成平臺為例，制備出具有平坦傳輸光譜的、單模負色散非線性集成光波導芯片，如圖1所示。團隊還進一步發展了非線性氮化硅集成光波導中模電模式基模(TE00)二階與四階色散精確協同調控技術，實驗中實現了帶寬高達330nm的片上光參量放大，如圖2所示。該項研究為新一代超大帶寬光放大提供了新思路，在提升光纖/無線光通信容量，擴大數據中心光互連規模，提高光學測量精度，拓展光譜檢測分析范圍等方面有良好的應用潛力。

圖1 新一代單模色散管理非線性氮化硅集成光波導

圖2 基于新一代非線性氮化硅集成光波導的超大帶寬光參量放大

　　該工作是趙平研究員領導的集成光電器件及信息技術應用團隊近期在片上光放大研究領域的最新進展。團隊過往還發展出三階非線性集成光波導參量放大高效模型與分析方法【J. Light. Technol., 40(1):128-135 (2022)】，曾首次實現基于三階非線性集成光波導的連續波光參量放大，并突破受激輻射光放大噪聲系數3dB量子極限【Science Advances, 7(38):abi8150 (2021)，入選美國光學學會評選2022年OPN全球光學研究進展“Optics in 2022”】，還利用非線性氮化硅集成波導實現了單波速率>100Gbit/s的極簡全光波長變換【Nanophotonics, 12(17):3427-3434 (2023)】，已在集成光非線性器件與應用方面開展了基礎性、體系化研究，未來將持續致力于片上光放大、光電集成芯片及其在通信、計算、測量等信息技術領域的應用基礎研究。