Ученые из лаборатории Микал Липсон в Колумбийском университете совершили неожиданный прорыв, работая над улучшением технологии LiDAR, которая измеряет расстояние с помощью световых волн. В ходе экспериментов по увеличению мощности световых чипов они обнаружили, что те начали генерировать так называемую оптическую гребенку частот. Это особый вид света, состоящий из множества чистых и упорядоченных цветов, расположенных как зубцы расчески, что позволяет каждому "цвету" независимо передавать данные.
Обычно для создания мощной оптической гребенки требуются большие и дорогие лазерные системы. Однако, как показано в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics, тот же эффект теперь можно достичь с помощью одного микрочипа. Это революционное достижение позволяет заменить целые стойки с отдельными лазерами одним компактным устройством, что резко сокращает стоимость, экономит пространство и создает основу для более быстрых и энергоэффективных систем, особенно в центрах обработки данных.
Техническая суть открытия заключается в "очистке" мощного, но хаотичного света. Исследователи использовали распространенный многомодовый лазерный диод, который дает много света, но его луч слишком "шумный" для точных задач. С помощью механизма синхронизации и технологий кремниевой фотоники им удалось стабилизировать и очистить этот луч. Затем нелинейные оптические свойства чипа, которые проявляются под воздействием интенсивного излучения, позволили разделить один мощный луч на десятки чистых цветовых каналов. В микрорезонаторах из таких материалов, как нитрид кремния, мощный лазерный импульс вызывает нелинейные эффекты, например, четырёхволновое смешение. Это приводит к рождению множества равноотстоящих оптических частот, создавая на чипе миниатюрный и высокоэффективный источник гребенки.
Этот прорыв крайне своевременен на фоне взрывного роста искусственного интеллекта, который предъявляет колоссальные требования к скорости передачи данных в центрах обработки данных. Оптические гребенки лежат в основе технологии спектрального уплотнения каналов (WDM), позволяя десяткам лучей работать параллельно в одном волокне. Уменьшив эту технологию до размеров чипа, ученые открывают путь к ее использованию в компактных и экономичных системах.
Потенциальные применения технологии выходят далеко за рамки центров обработки данных. Она может быть использована в портативных спектрометрах, сверхточных оптических часах, квантовых устройствах и новых поколениях LiDAR-систем. Миниатюрные оптические гребёнки на чипе могут кардинально улучшить оптические часы, которые используют колебания атомов как стабильный эталон времени. Эти компактные источники позволяют эффективно преобразовывать и сравнивать высокие оптические частоты с электронными системами, что упрощает конструкцию, снижает стоимость и размеры часов, делая их пригодными для портативных применений в навигации или геодезии. Как отмечают исследователи, суть открытия — в переносе мощных лабораторных источников света в реальные, компактные устройства, которые можно разместить практически где угодно, делая передовые оптические технологии более доступными.
Источник: Scientists accidentally create a tiny “rainbow chip” that could supercharge the internet