Исследователи из Columbia Engineering и компании Xscape Photonics создали кремниевый фотонный чип, который преобразует мощный лазер в десятки разноцветных лучей — каждый из которых может передавать собственный поток данных. Эта технология, опубликованная 7 октября в Nature Photonics, способна радикально ускорить оптические коммуникации и уменьшить энергозатраты дата-центров.
Как работает «радуга»
Чип использует феномен, называемый частотным гребнем
— множество лазерных частот, равномерно распределённых по спектру.
На спектрограмме такие частоты выглядят как зубья гребня, отсюда и название. Каждая «полоса» несёт независимый поток данных, но все они остаются идеально синхронизированы по частоте и фазе, не мешая друг другу.
Обычно создание частотного гребня требует громоздких и дорогих лазеров, но инженерам удалось «упаковать» эффект в микросхему шириной всего несколько микрометров — примерно сотую толщины человеческого волоса.
Открытие из ошибки
Первоначально команда работала над усовершенствованием лидаров, которые измеряют расстояния с помощью отражённых лазерных импульсов. Пытаясь усилить мощность луча, исследователи неожиданно заметили, что свет самопроизвольно разделился на спектр из множества цветов.
Чтобы стабилизировать излучение, они использовали метод самоинжекционной блокировки — часть света возвращается в лазер, выравнивая частоты и устраняя шум. В результате получился стабильный, мощный и компактный источник света — своего рода миниатюрная радуга на кремнии.
Почему это важно
«Центры обработки данных создают огромный спрос на мощные и энергоэффективные источники света с множеством длин волн», — объясняет соавтор исследования Андрес Гиль-Молина, главный инженер Xscape Photonics.
«Наш чип превращает один мощный лазер в десятки стабильных каналов передачи данных. Это позволяет заменить стойки отдельных лазеров одним устройством — экономя место, энергию и средства».
Технология может применяться не только в центрах обработки данных, но и в портативных спектрометрах, оптических часах, квантовых устройствах и лидарных системах нового поколения.
Свет будущего
«Речь идёт о переносе лабораторных источников света в реальные устройства», — добавляет Гиль-Молина.
Если удастся масштабировать технологию, чипы с «радужным лазером» могут стать стандартом для энергоэффективных систем ИИ, где свет заменит электрические сигналы — быстрее, точнее и с меньшими потерями энергии.
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!