Recent, cercetătorii de la Universitatea Columbia din Statele Unite au descoperit în mod neașteptat o nouă metodă capabilă să genereze lasere multicolore pe un singur cip în timp ce dezvoltă tehnologia LiDAR. Această inovație promite că va revoluționa centrele de date și comunicațiile, oferind surse de lumină mai rapide, mai curate și mai eficiente.
În urmă cu câțiva ani, echipa de cercetare din laboratorul lui Michal Lipson s-a concentrat pe proiectarea de cipuri de-înaltă performanță, capabile să genereze fascicule mai puternice, în timp ce căuta îmbunătățiri LiDAR. Fostul cercetător postdoctoral Andres Gil-Molina a explicat: „Pe măsură ce am crescut continuu puterea de ieșire a cipului, am observat că acesta genera ceea ce este cunoscut sub numele de „pieptene de frecvență”. Un pieptene de frecvență este un fascicul unic compus din numeroase culori distincte (frecvențe luminoase) aranjate într-un model strict, echidistant, similar cu o structură curcubeu. Pe un spectru, fiecare culoare apare ca un „dinte” distinct, strălucitor, separat de regiuni întunecate, permițând transmiterea simultană a mai multor fluxuri de date-fiecare dinte acționând ca un canal de date independent.
Anterior, generarea de piepteni de frecvență puternici necesita lasere și amplificatoare voluminoase și costisitoare. Cele mai recente cercetări arată că același efect poate fi acum obținut în cadrul unui microcip. Cercetătorul principal, profesorul Lipson, de la Departamentul de Inginerie Electrică și Fizică Aplicată al Universității Columbia, a declarat: „Centrele de date au o cerere masivă de surse de lumină puternice și eficiente, care cuprind numeroase lungimi de undă. Tehnologia noastră transformă un singur laser puternic în zeci de canale de semnal de înaltă-calitate. Un singur cip poate înlocui șiruri de sisteme laser autonome, economisind în același timp costurile și eficiența sistemelor laser autonome, sporind în același timp eficiența energetică și creșterea costurilor.”
Lipson a adăugat: „Avansarea fotonicii cu siliciu a fost misiunea noastră. Pe măsură ce această tehnologie devine din ce în ce mai integrată în infrastructura de bază și în viața de zi cu zi, astfel de descoperiri sunt cruciale pentru asigurarea operațiunilor eficiente ale centrelor de date”.
Descoperirea a rezultat dintr-o întrebare simplă: Cât de puternic putem încadra un laser pe un cip? Echipa a selectat diode laser multimodale, utilizate pe scară largă în dispozitivele medicale și tăierea cu laser. În timp ce aceste lasere furnizează o energie luminoasă imensă, starea fasciculului lor este foarte „dezordonată”, ceea ce le face nepotrivite pentru aplicații de precizie. Pentru a rezolva acest lucru, cercetătorii au introdus un „mecanism de blocare” care folosește fotonica cu siliciu pentru a purifica emisia fasciculului, făcându-l mai curat și mai stabil-un fenomen cunoscut științific drept „coerență ridicată”. .
Ulterior, proprietățile optice neliniare ale cipului au luat efect, împărțind un singur laser de-intensitate mare în zeci de culori distanțate echidistante. Acest lucru a creat o sursă de lumină cu pieptene de frecvență eficientă, compactă, care combină intensitatea laserelor industriale cu stabilitatea precisă necesară pentru comunicațiile și detectarea high-end-.
Odată cu creșterea explozivă în domenii precum inteligența artificială, transmiterea internă a informațiilor în centrele de date a devenit din ce în ce mai urgentă. Deși fibra optică este acum utilizată pe scară largă pentru transmisia de date, laserele cu o singură-lungime de undă rămân predominante. Capacitatea de transmisie paralelă cu mai multe-canal, activată de piepteni de frecvență, permite procesarea simultană a zeci de fluxuri de date într-o singură fibră, sporind semnificativ eficiența și viteza de transmisie. Acest lucru dă un nou impuls rețelelor-de mare viteză și sistemelor de calcul moderne. Această inovație nu numai că promite să stimuleze miniaturizarea și eficiența centrelor de date, dar găsește și aplicații în spectrometre portabile, ceasuri optice, dispozitive cuantice și sisteme LiDAR avansate.
Echipa de cercetare a declarat: „Această tehnologie își propune să aducă sursele de lumină-de înaltă performanță-de laborator în dispozitive practice. Dacă este suficient de puternică, eficientă și compactă, ar putea fi aplicabilă în aproape orice scenariu”.
