想象一盞不足以照亮房間的昏暗的燈。光放大器會通過增加發射的光子數來增加亮度。光子學研究人員已經創造了這樣一個高增益的光學放大器，它緊湊到足以放置在一個芯片上。所開發的這個放大器，當使用在光互連，如收發器或光纖網絡中時，將有助于在發射光由于光損耗而耗盡之前有效地提高發射光的功率。

除了有可能會代替目前在阿秒科學和超快光學信息處理的研究中所使用的笨重而昂貴的放大器之外，這個新開發的納米級放大器也為光互連工具包提供了一個重要的元件，有可能為短距離到長距離的光互連提供再生放大。這項工作由新加坡科技設計大學（SUTD），A*STAR數據存儲研究所和麻省理工學院的研究人員合作完成。

“我們已經開發了一種能夠在光通信波長放大17000倍的光學放大器，”主導開發這個放大器的新加坡科技設計大學助理教授Dawn Tan說。“我們使用了一個被稱為超富硅氮化物的專有平臺，其材料組成包含70%的硅和30%的氮，具有高增益放大所需要的強非線性和高光子效率，能夠有效地將光子從泵浦光輸送給信號光。為了更好地感覺這個尺度上的差別，傳統的光學參量放大器的成本高達幾十萬美元，并會占據整個光學平臺的空間，而新開發的放大器比一個回形針還要小得多，成本也只是前者的一小部分。”

這些是通過一個USRN波導進行傳播的光信號，其獲得了42.5dB的光學參量放大。

以這么小的尺寸來提供高增益，可以在低成本寬帶光譜儀，精密制造和高光譜成像等領域產生新的機會。該器件的效率也可以通過級聯的四波混頻——放大光子和轉換光子之間的高階混合——來揭示。這種現象也使該放大器可以作為一個可調諧的寬帶光源來使用，從而可以得到比現有方法更便宜和更有效的光譜傳感和分子指紋。

“高非線性光子器件的低效率在這里被通過光子器件工程克服了，其最大化了器件的非線性，同時還保持了足夠大的帶隙，以消除在電信波長處的雙光子吸收。我們相信這是迄今為止CMOS芯片在電信波長上得到的最高的增益”Tan教授說。

實現超高增益放大的同時保持高緊湊性是可能的，因為研究人員成功地設計和實現了同時具有高非線性和高光子效率的放大器。在其他與今天的電子行業工藝兼容的平臺中，要不是非線性系數低，就是光子效率低。

“該結果證明超富硅氮化物平臺在高效非線性光學應用上非常有前景，特別是在利用現有的電子基礎設施的CMOS光子領域，”A*STAR數據存儲研究所的高級科學家Doris Ng博士說。