【这种放大器能将光芯片信号放大1000倍 有望在电信和激光雷达中应用】长期以来，光电技术一直致力于开发比电子产品运行更快、能耗更低的微芯片。然而，多年来，开发这种电路被证明具有挑战性。主要困难之一涉及提供足够的输出功率以产生足够强的信号。然而，研究人员现在已经开发了一种芯片级的光功率放大器，其性能大致与商业电信中所显露的性能一样好。
现在连接全球的超宽带光纤网络依赖于掺铒光纤放大器（erbium-doped fiber amplifiers），这种放大器可以在全球范围内实现超快的数据速率。由于光纤和其他网络组件的信号损耗，在远距离传输时，光信号必须放大多次。掺铒光纤放大器最早是在20世纪80年代开发的，它可以帮助增强光信号，而无需事先将其转换为电信号（具体来说，这些设备可以放大1.55微米或1550纳米波长区域的光，其中光纤的传输损耗最小）。
几十年来，科学家一直在寻求发明类似的放大器，可以在光子芯片上工作。然而，开发这种芯片级放大器的尝试导致，对于许多实际应用来说，输出功率通常小于1毫瓦的器件太弱，这主要是由于用于在芯片内部布线光的波导的损耗。这些放大器通常也有较大的足迹，其制造与当代光子集成电路制造技术不兼容。
现在，研究人员开发了一种芯片级掺铒光纤放大器。在输入功率仅为2.61兆瓦、小信号增益超过30分贝的情况下，新设备的输出功率超过145毫瓦，创历史新高。这导致在连续运行的电信频带中放大了1000倍以上，这一性能已经与商用高端掺铒光纤放大器相当。
“这项工作最令人兴奋的部分是放大器的工作性能，它们与商业放大器不相上下，尽管每个维度只有几百微米宽，”研究资深作者Tobias Kippenberg说，他是瑞士洛桑联邦理工学院的光学工程师，“几年前，实现这种放大器性能似乎是不可能的。”
此外，研究人员将该设备长达半米的掺铒波导封装成一个螺旋形，其足迹测量值仅为1.2毫米×3.6毫米。该装置还具有大约60%的高功率转换效率。这种新器件的关键是基于氮化硅的超低损耗芯片级光子波导，氮化硅是一种已经广泛应用于半导体工业的材料。最近，Kippenberg和他的同事制作了长达米的超低损耗氮化硅波导。这使他们研究了在这种波导中注入铒是否会产生光放大器。
Kippenberg说：“铒离子可以提供光的放大，但只能非常微弱。只有当它们嵌入损耗非常低的光纤中，并且当它们与光进行很长距离（通常为米长）的相互作用时，才能实现增益。”
在实验中，研究人员表明他们可以将被称为 soliton microcombs 的设备的输出功率提高100 倍。soliton microcombs 可用于光谱学、计量学和其他应用，但它们的输出功率仅限于几十到几百微瓦，几乎在所有应用中都需要放大。
科学家们还透露，他们的设备可以直接放大20多个波分多路复用通道，用于1公里长的光纤链路上的数据传输。这表明它可以用于电信网络的芯片级放大。
研究人员指出，他们的光放大器仍然需要一个远离微芯片的泵浦激光器。因此，整个装置尚未整合在一起。Kippenberg说：“这是我们未来需要通过混合集成解决的关键缺陷。”
最终，科学家们希望他们的光放大器能够帮助实现芯片级的锁模激光器，产生仅为万亿分之一秒（又称飞秒）长的脉冲。这项研究的主要作者、瑞士洛桑联邦理工学院的光学工程师Yang Liu表示，这种设备可能有多种用途，例如激光雷达。
Kippenberg说：“飞秒锁模激光器显然是一个圣杯，也是我们现在关注的目标。”
科学家们在6月16日的《科学》杂志上详细介绍了他们的发现。
https://t.cn/A6aOlbjJ
现在连接全球的超宽带光纤网络依赖于掺铒光纤放大器（erbium-doped fiber amplifiers），这种放大器可以在全球范围内实现超快的数据速率。由于光纤和其他网络组件的信号损耗，在远距离传输时，光信号必须放大多次。掺铒光纤放大器最早是在20世纪80年代开发的，它可以帮助增强光信号，而无需事先将其转换为电信号（具体来说，这些设备可以放大1.55微米或1550纳米波长区域的光，其中光纤的传输损耗最小）。
几十年来，科学家一直在寻求发明类似的放大器，可以在光子芯片上工作。然而，开发这种芯片级放大器的尝试导致，对于许多实际应用来说，输出功率通常小于1毫瓦的器件太弱，这主要是由于用于在芯片内部布线光的波导的损耗。这些放大器通常也有较大的足迹，其制造与当代光子集成电路制造技术不兼容。
现在，研究人员开发了一种芯片级掺铒光纤放大器。在输入功率仅为2.61兆瓦、小信号增益超过30分贝的情况下，新设备的输出功率超过145毫瓦，创历史新高。这导致在连续运行的电信频带中放大了1000倍以上，这一性能已经与商用高端掺铒光纤放大器相当。
“这项工作最令人兴奋的部分是放大器的工作性能，它们与商业放大器不相上下，尽管每个维度只有几百微米宽，”研究资深作者Tobias Kippenberg说，他是瑞士洛桑联邦理工学院的光学工程师，“几年前，实现这种放大器性能似乎是不可能的。”
此外，研究人员将该设备长达半米的掺铒波导封装成一个螺旋形，其足迹测量值仅为1.2毫米×3.6毫米。该装置还具有大约60%的高功率转换效率。这种新器件的关键是基于氮化硅的超低损耗芯片级光子波导，氮化硅是一种已经广泛应用于半导体工业的材料。最近，Kippenberg和他的同事制作了长达米的超低损耗氮化硅波导。这使他们研究了在这种波导中注入铒是否会产生光放大器。
Kippenberg说：“铒离子可以提供光的放大，但只能非常微弱。只有当它们嵌入损耗非常低的光纤中，并且当它们与光进行很长距离（通常为米长）的相互作用时，才能实现增益。”
在实验中，研究人员表明他们可以将被称为 soliton microcombs 的设备的输出功率提高100 倍。soliton microcombs 可用于光谱学、计量学和其他应用，但它们的输出功率仅限于几十到几百微瓦，几乎在所有应用中都需要放大。
科学家们还透露，他们的设备可以直接放大20多个波分多路复用通道，用于1公里长的光纤链路上的数据传输。这表明它可以用于电信网络的芯片级放大。
研究人员指出，他们的光放大器仍然需要一个远离微芯片的泵浦激光器。因此，整个装置尚未整合在一起。Kippenberg说：“这是我们未来需要通过混合集成解决的关键缺陷。”
最终，科学家们希望他们的光放大器能够帮助实现芯片级的锁模激光器，产生仅为万亿分之一秒（又称飞秒）长的脉冲。这项研究的主要作者、瑞士洛桑联邦理工学院的光学工程师Yang Liu表示，这种设备可能有多种用途，例如激光雷达。
Kippenberg说：“飞秒锁模激光器显然是一个圣杯，也是我们现在关注的目标。”
科学家们在6月16日的《科学》杂志上详细介绍了他们的发现。
https://t.cn/A6aOlbjJ
【Environmentally Friendly Bifunctional Catalyst for ORR and OER from Coconut Shell Particles】
#论文# #椰壳# #燃料电池# #绿色催化剂#
It is challenging to design an efficient low-cost bifunctional oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) catalysts used for rechargeable metal-air batteries and regenerative fuel cells. This work is designed to obtain an alternative to noble metal-based catalysts by synthesizing electroactive N-doped porous carbon from coconut shells; the use of biodegradable raw material through a single-step activation followed by nitrogen doping provides a more economical and environmentally friendly route to produce green catalysts for fuel cell applications.
DOI: 10.4236/ampc.2022.125008 https://t.cn/A6X3bZKm
#论文# #椰壳# #燃料电池# #绿色催化剂#
It is challenging to design an efficient low-cost bifunctional oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) catalysts used for rechargeable metal-air batteries and regenerative fuel cells. This work is designed to obtain an alternative to noble metal-based catalysts by synthesizing electroactive N-doped porous carbon from coconut shells; the use of biodegradable raw material through a single-step activation followed by nitrogen doping provides a more economical and environmentally friendly route to produce green catalysts for fuel cell applications.
DOI: 10.4236/ampc.2022.125008 https://t.cn/A6X3bZKm
【上海硅酸盐所等在高性能X射线探测闪烁晶体研究中取得进展】近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴云涛课题组与北京工业大学副研究员肖家文课题组合作，在前期研制的零维结构Cs3Cu2I5单晶基础上【Physica Status Solidi RRL，14 (2020) 2000374；Advanced Optical Materials，9 (2021) 2100460】，提出In+掺杂提升载流子捕获效率，获得了高光输出、高空间分辨X射线探测晶体材料。研究表明，In+掺杂形成了荧光量子效率达到88.4%的激子束缚态发光中心。进一步优化In+掺杂浓度发现，Cs3Cu2I5的稳态光产额可提升1.66倍，X射线检测限优化至96 nGyair/s（低于X射线医学诊断所需的5.5 μnGyair/s）。基于In+掺杂Cs3Cu2I5单晶的X射线成像空间分辨率可达18 lp/mm，优于已报道的CsI:Tl基平板、全无机钙钛矿纳米晶成像屏和热激活延迟荧光有机闪烁屏的性能。相关成果以Highly resolved X-ray imaging enabled by In(I) doped perovskite-like Cs3Cu2I5 single crystal scintillator为题，发表在Advanced Optical Materials上，并申请中国发明专利一项。
原文点击→https://t.cn/A6XPnYEV
原文点击→https://t.cn/A6XPnYEV
✋热门推荐