硅光子学 LMA 放大器：高功率、高增益、低噪声及可调偏振灵敏度
光学
2025-05-22 v1 应用物理
摘要
高功率放大器在许多光学系统中至关重要，包括光学传感、测距、医疗手术和材料加工等领域。同样，具有高增益、低噪声且偏振依赖性低的放大器也是长距离光通信系统中的关键组件。虽然集成光子学解决方案因其显著降低尺寸、重量和成本而在具有挑战性的应用领域展现出巨大潜力，但其代价是由于能源存储容量在小型设备中受限，导致光功率较低。最近，已将大模式面 (LMA) 技术引入芯片级，这一技术已因在纤维放大器中显著提升输出功率而广为人知。通过在增益介质中实现大光模式，能源存储容量和饱和功率显著增加，允许直接从芯片上实现高功率放大，输出功率可达瓦级。本文展示了单个集成 LMA 放大器能够实现高功率放大（最高达 800 mW），输出饱和功率 > 115 mW，同时实现高小信号净增益最高达 30 dB 和低噪声放大（噪声系数 < 4 dB）。LMA 设计还允许通过调整泵功率和泵偏振来调节偏振相关增益 (PDG)，从而实现对信号功率从微瓦到毫瓦级的完全消除偏振灵敏度。实现的功率和噪声性能超越了许多集成放大器和光纤放大器的性能水平。我们认为，偏振灵敏度可调性结合高增益和低噪声系数，可能在下一代集成放大器中发挥颠覆性作用，尤其是用于通信网络。
引用
@article{arxiv.2505.15361,
title = {Silicon photonics LMA amplifiers: High power, high gain, low noise and tunable polarization sensitivity},
author = {Jan Lorenzen and Neetesh Singh and Kai Wang and Sonia M. Garcia-Blanco and Franz X. Kärtner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.15361},
year = {2025}
}