Недавно исследователи из Колумбийского университета в США неожиданно обнаружили новый метод, позволяющий генерировать многоцветные лазеры на одном чипе при разработке технологии LiDAR. Это нововведение обещает произвести революцию в центрах обработки данных и средствах связи, предоставив более быстрые, чистые и эффективные источники света.
Несколько лет назад исследовательская группа в лаборатории Михала Липсона сосредоточилась на разработке высокопроизводительных-чипов, способных генерировать более сильные лучи, одновременно стремясь к усовершенствованию LiDAR. Бывший научный сотрудник Андрес Гил-Молина объяснил: «Поскольку мы постоянно увеличивали выходную мощность чипа, мы заметили, что он генерирует так называемую «гребенку частот». Гребенка частот представляет собой уникальный луч, состоящий из множества различных цветов (световых частот), расположенных строго на равном расстоянии друг от друга, подобно структуре радуги. В спектре каждый цвет выглядит как отдельный яркий «зуб», разделенный темными областями, что позволяет одновременно передавать несколько потоков данных-каждый зубец действует как независимый канал данных.
Раньше для создания мощных гребенок частот требовались громоздкие и дорогие лазеры и усилители. Последние исследования показывают, что того же эффекта теперь можно достичь с помощью микрочипа. Ведущий исследователь профессор Липсон с факультета электротехники и прикладной физики Колумбийского университета заявил: «Центры обработки данных испытывают огромную потребность в мощных и эффективных источниках света, охватывающих множество длин волн. Наша технология преобразует один мощный лазер в десятки высококачественных каналов сигнала. Один чип может заменить ряды автономных лазерных устройств, экономя пространство и затраты, одновременно значительно повышая скорость системы и энергоэффективность».
Липсон добавил: «Нашей миссией было развитие кремниевой фотоники. Поскольку эта технология все больше интегрируется в базовую инфраструктуру и повседневную жизнь, такие прорывы имеют решающее значение для обеспечения эффективной работы центров обработки данных».
Прорыв произошел из простого вопроса: насколько мощный лазер можно разместить на чипе? Команда выбрала многомодовые лазерные диоды, широко используемые в медицинских приборах и лазерной резке. Хотя эти лазеры излучают огромную световую энергию, состояние их луча сильно «неупорядочено», что делает их непригодными для прецизионных приложений. Чтобы решить эту проблему, исследователи внедрили «механизм блокировки», который использует кремниевую фотонику для очистки выходного луча, делая его более чистым и стабильным-феномен, известный с научной точки зрения как «высокая когерентность». .
Впоследствии сработали нелинейные оптические свойства чипа, разделившие один лазер высокой-интенсивности на десятки равноотстоящих друг от друга цветов. В результате был создан эффективный и компактный источник света с гребенкой частот, сочетающий в себе интенсивность промышленных лазеров с точной стабильностью, необходимой для-высококлассной связи и датчиков.
В условиях бурного роста таких областей, как искусственный интеллект, внутренняя передача информации в центрах обработки данных становится все более актуальной. Хотя оптоволокно в настоящее время широко используется для передачи данных, одноволновые лазеры по-прежнему преобладают. Возможность многоканальной параллельной передачи, обеспечиваемая гребенками частот, позволяет одновременно обрабатывать десятки потоков данных по одному волокну, что значительно повышает эффективность и скорость передачи. Это придаёт новый импульс развитию высокоскоростных-сетей и современных вычислительных систем. Это нововведение не только обещает способствовать миниатюризации и повышению эффективности центров обработки данных, но также находит применение в портативных спектрометрах, оптических часах, квантовых устройствах и передовых системах LiDAR.
Исследовательская группа заявила: «Эта технология направлена на то, чтобы превратить источники света лабораторного-высокого-класса в практические устройства. Если они достаточно мощные, эффективные и компактные, они могут быть применимы практически в любом сценарии».
