量子领域的高效净增益集成光学参量放大器

光学参量放大器(OPA)有望突破基于稀土掺杂和半导体增益的传统光放大器在波长覆盖范围和噪声方面的限制。然而,高功率需求仍是阻碍OPA广泛应用的主要障碍。集成化OPA理论上可通过紧密模式约束提高泵浦效率,但传播损耗、有限非线性效应及纳米级制造缺陷敏感性等挑战使其难以与传统块体型和光纤型OPA竞争。本研究展示了一种具有连续波净增益的高效集成OPA,其泵浦效率提升超过一个数量级。仅使用110毫瓦泵浦功率且无腔增强条件下,实现了23.5分贝的相位敏感增益,显著超越此前所有集成OPA。该成果通过改进的极化技术在薄膜铌酸锂波导中实现参量下转换,从而保持非线性相互作用的相干性。此外,高参量增益克服了光纤-芯片-光纤损耗,产生高达10分贝的显著净增益,3分贝带宽约120纳米,覆盖通信S、C、L波段。通过测量低于经典极限的输出场涨落,证实了量子极限噪声性能。研究进一步证明,该高效集成OPA可提升噪声光通信中的信噪比。该工作标志着向具有强放大、高效率、量子极限噪声、大带宽和连续波运行特性的理想光放大器迈出关键一步,为下一代光子信息处理系统开辟了新可能。
作者所在地: VIP可见
作者单位: VIP可见
页数/图表: 登录可见
提交arXiv: 2026-02-05 18:30

量科快讯