Un amplificador paramétrico de banda ultra ancha basado en un chip fotónico

Área de la Ciencia:

• Fotónica y ingeniería óptica
• Óptica integrada
• Dispositivos de semiconductores

Sus antecedentes:

• La amplificación óptica es vital para la comunicación moderna, siendo los amplificadores de fibra dopados con erbio (EDFA) la tecnología principal.
• Los EDFA tienen una cobertura espectral limitada, lo que requiere amplificadores más allá de la ventana de ganancia de erbio.
• Los amplificadores de parámetros ópticos (OPA) ofrecen potencial, pero se enfrentan a desafíos con los requisitos de potencia y las limitaciones de ancho de banda en las plataformas existentes.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un amplificador óptico de banda ultra ancha y alta ganancia utilizando circuitos fotónicos integrados.
• Para superar las limitaciones de ancho de banda de los OPA anteriores en el chip.
• Demostrar una solución de amplificación compacta y eficiente para señales de comunicación coherentes.

Principales métodos:

• Utilizó circuitos fotónicos integrados de baja pérdida de fosfuro de galio sobre dióxido de silicio (PIC).
• Guías de onda compactas diseñadas (de centímetros de largo) para mejorar el confinamiento del modo y la no linealidad óptica.
• Ganancia paramétrica caracterizada, ancho de banda, rango dinámico y cifra de ruido del OPA desarrollado.

Principales resultados:

• Se logra hasta 35 dB de ganancia paramétrica en guías de onda de un centímetro de largo.
• Ganancia neta demostrada de fibra a fibra superior a 10 dB en un ancho de banda ultraancho de aproximadamente 140 nm (17 THz).
• Presenta un alto rango dinámico (seis órdenes de magnitud) y una baja cifra de ruido, lo que permite la amplificación de señales de comunicación coherentes.

Conclusiones:

• Este trabajo presenta la primera amplificación de onda continua de banda ultra ancha y alta ganancia en un chip fotónico.
• Los OPA basados en fosfuro de galio desarrollados ofrecen un aumento de tres veces en la ventana de ganancia en comparación con los EDFA de banda C.
• Estos hallazgos abren nuevas capacidades para la fotónica y las telecomunicaciones integradas de próxima generación.