清华大学团队在光电集成化领域实现重大突破

科研人员近日成功利用稀土金属铒充当光放大器的增益材料，这在小型光芯片技术领域还是首次，同时也是数十年来光电技术领域集成化之路上的一次重大突破。人类可望据此制造出集成度更高、性能更好、生产更容易的光电器件。

论文《Giant optical gain in a single-crystal erbiumchloride silicate nanowire》于7月发表于《自然·光学》杂志的在线版。

亚利桑那州立大学电子工程教授、清华大学“千人专家”宁存政和清华大学助理研究员孙皓领导的团队，将铒的光增益从几dB每厘米传输线，提高到超过100dB每厘米传输线。这为将铒材料用于光放大器和激光系统芯片铺平了道路。

2011年，宁教授的团队发现了一种特殊的铒硅酸盐。该物质被制成纳米线后，有成为高效光放大器材料的潜质，光放大器、激光器、量子信息器件、光开关和太阳能电池都将从中获益。

铒材料在光放大器，跨洲光纤通信中扮演着重要角色，尤其是铒掺杂放大器，目前在长距离通讯中处于不可取代的地位。

科研人员一直试图减小铒器件的体积，进而制造出更好的集成光电系统。宁教授的新研究证明了铒的光放大潜力，并证明铒器件完全可以小型化。

尽管花费了数年时间，宁教授和它们的团队最终发现了铒材料纳米线的吸收特性，并首次成功地精确测定了该吸收系数的准确数值。在此基础上，研究团队最终将光增益的效果提高上了两个数量级。

宁教授表示，他很高兴看到数年前理论预期的高光增益在实验中得以实现。他们的下一个目标，是据此制造出新型光集成电路。而孙教授则对该光集成电路在实际系统中的性能更感兴趣。