Nedavno su istraživači sa Sveučilišta Columbia u Sjedinjenim Državama neočekivano otkrili novu metodu koja može generirati višebojne lasere na jednom čipu dok su razvijali LiDAR tehnologiju. Ova inovacija obećava revoluciju podatkovnih centara i komunikacija pružanjem bržih, čišćih i učinkovitijih izvora svjetlosti.
Prije nekoliko godina, istraživački tim u laboratoriju Michala Lipsona usredotočio se na dizajniranje visoko-čipova koji mogu generirati jače zrake dok su tražili poboljšanja LiDAR-a. Bivši postdoktorand Andres Gil-Molina objasnio je: "Kako smo kontinuirano povećavali izlaznu snagu čipa, primijetili smo da generira ono što je poznato kao 'frekvencijski češalj'." Frekvencijski češalj jedinstvena je zraka sastavljena od brojnih različitih boja (svjetlosnih frekvencija) poredanih u strogom, ekvidistantnom uzorku, slično strukturi duge. Na spektru se svaka boja pojavljuje kao poseban, svijetli "zub" odvojen tamnim područjima, što omogućuje istovremeni prijenos više tokova podataka-svaki zub djeluje kao neovisni podatkovni kanal.
Ranije su generiranje snažnih frekvencijskih češljeva zahtijevali glomazne i skupe lasere i pojačala. Najnovija istraživanja otkrivaju da se isti učinak sada može postići unutar mikročipa. Vodeći istraživač, profesor Lipson, s Odsjeka za elektrotehniku i primijenjenu fiziku Sveučilišta Columbia, izjavio je: "Podatkovni centri imaju ogromnu potražnju za moćnim, učinkovitim izvorima svjetlosti koji obuhvaćaju brojne valne duljine. Naša tehnologija transformira jedan snažan laser u desetke visoko-kvalitetnih signalnih kanala. Jedan čip može zamijeniti nizove samostalnih laserskih uređaja, štedeći prostor i troškove, a značajno povećavajući brzinu sustava i energetsku učinkovitost."
Lipson je dodao: "Unaprjeđenje silicijske fotonike bila je naša misija. Kako se ova tehnologija sve više integrira u osnovnu infrastrukturu i svakodnevni život, takva otkrića su ključna za osiguranje učinkovitog rada podatkovnog centra."
Proboj je proizašao iz jednostavnog pitanja: Koliko moćan laser možemo postaviti na čip? Tim je odabrao multimodne laserske diode koje se široko koriste u medicinskim uređajima i laserskom rezanju. Iako ovi laseri isporučuju ogromnu svjetlosnu energiju, stanje njihove zrake je vrlo "poremećeno", što ih čini neprikladnima za precizne primjene. Kako bi to riješili, istraživači su predstavili "mehanizam zaključavanja" koji koristi silicijsku fotoniku za pročišćavanje izlazne zrake, čineći je čišćom i stabilnijom-što je fenomen znanstveno poznat kao "visoka koherencija". .
Nakon toga, nelinearna optička svojstva čipa stupila su na snagu, dijeleći jedan laser visokog-intenziteta na desetke jednako udaljeno raspoređenih boja. Ovo je stvorilo učinkovit, kompaktan frekvencijski češljasti izvor svjetlosti koji kombinira intenzitet industrijskih lasera s preciznom stabilnošću potrebnom za-komunikaciju i senzore vrhunske kvalitete.
S eksplozivnim rastom u područjima poput umjetne inteligencije, interni prijenos informacija unutar podatkovnih centara postaje sve hitniji. Iako se optička vlakna danas široko koriste za prijenos podataka, laseri s jednom-valnom duljinom i dalje su dominantni. Mogućnost više-kanalnog paralelnog prijenosa omogućena frekvencijskim češljevima omogućuje simultanu obradu desetaka tokova podataka unutar jednog vlakna, značajno povećavajući učinkovitost i brzinu prijenosa. Ovo unosi novi zamah u -mreže velike brzine i moderne računalne sustave. Ova inovacija ne samo da obećava poticanje minijaturizacije i učinkovitosti podatkovnih centara, već također pronalazi primjenu u prijenosnim spektrometrima, optičkim satovima, kvantnim uređajima i naprednim LiDAR sustavima.
Istraživački tim je izjavio: "Ova tehnologija ima za cilj dovesti izvore svjetlosti laboratorijskih-visokih-učinkovitosti u praktične uređaje. Ako su dovoljno snažni, učinkoviti i kompaktni, mogli bi se primijeniti u gotovo svim scenarijima."
