Нещодавно дослідники з Колумбійського університету в Сполучених Штатах несподівано виявили новий метод, здатний генерувати багатоколірні лазери на одному чіпі під час розробки технології LiDAR. Ця інновація обіцяє революцію в центрах обробки даних і комунікаціях, забезпечуючи швидші, чистіші та ефективніші джерела світла.
Кілька років тому дослідницька група в лабораторії Міхала Ліпсона зосередилася на розробці високо-продуктивних чіпів, здатних генерувати сильніші промені, одночасно шукаючи вдосконалення LiDAR. Колишній докторський дослідник Андрес Гіл-Моліна пояснив: «Оскільки ми постійно збільшували вихідну потужність чіпа, ми помітили, що він генерує так званий «частотний гребінець». Частотний гребінець — це унікальний промінь, що складається з численних різних кольорів (світлових частот), розташованих у строгому рівновіддаленому шаблоні, схожому на структуру веселки. У спектрі кожен колір виглядає як окремий яскравий «зуб», розділений темними ділянками, що дає змогу одночасно передавати кілька потоків даних-кожен зуб діє як незалежний канал даних.
Раніше для створення потужних частотних гребінок були потрібні громіздкі та дорогі лазери та підсилювачі. Останні дослідження показали, що тепер такого ж ефекту можна досягти за допомогою мікрочіпа. Провідний дослідник, професор Ліпсон із факультету електротехніки та прикладної фізики Колумбійського університету, зазначив: «Центри обробки даних мають величезний попит на потужні та ефективні джерела світла, що охоплюють різні довжини хвилі. Наша технологія перетворює один потужний лазер на десятки високо-якісних каналів сигналу. Один чіп може замінити ряди автономних лазерних пристроїв, заощаджуючи простір і кошти, значно підвищуючи швидкість системи. та енергоефективності».
Ліпсон додав: «Нашою місією було вдосконалення кремнієвої фотоніки. Оскільки ця технологія все більше інтегрується в основну інфраструктуру та повсякденне життя, такі прориви мають вирішальне значення для забезпечення ефективної роботи центрів обробки даних».
Прорив стався завдяки простому питанню: наскільки потужний лазер ми можемо встановити на чіп? Команда вибрала багатомодові лазерні діоди, які широко використовуються в медичних пристроях і лазерному різанні. Незважаючи на те, що ці лазери виділяють величезну світлову енергію, стан їхнього променя дуже «невпорядкований», що робить їх непридатними для точних застосувань. Щоб вирішити цю проблему, дослідники запровадили «механізм блокування», який використовує кремнієву фотоніку для очищення вихідного променя, роблячи його чистішим і стабільнішим-. Це явище науково відоме як «висока когерентність». .
Згодом нелінійні оптичні властивості чіпа почали діяти, розділяючи один лазер високої-інтенсивності на десятки рівновіддалених кольорів. Це створило ефективне, компактне джерело світла з частотною гребінкою, яке поєднує інтенсивність промислових лазерів із точною стабільністю, необхідною-для високоякісного зв’язку та зондування.
З вибуховим зростанням таких галузей, як штучний інтелект, внутрішня передача інформації в центрах обробки даних стає все більш актуальною. Хоча волоконна оптика зараз широко використовується для передачі даних, одно-лазери залишаються переважаючими. Багато{3}}можливість паралельної багатоканальної передачі, яка забезпечується частотними гребінками, дозволяє одночасно обробляти десятки потоків даних в одному волокні, значно підвищуючи ефективність і швидкість передачі. Це дає новий імпульс високошвидкісним-мережам і сучасним обчислювальним системам. Ця інновація не тільки обіцяє сприяти мініатюризації та ефективності центрів обробки даних, але й знаходить застосування в портативних спектрометрах, оптичних годинниках, квантових пристроях і передових системах LiDAR.
Дослідницька група заявила: «Ця технологія має на меті перетворити лабораторні високоефективні-джерела світла в практичні пристрої. Якщо вони достатньо потужні, ефективні та компактні, їх можна застосовувати практично в будь-якому сценарії».
