Nedávno výzkumníci z Columbia University ve Spojených státech nečekaně objevili novou metodu schopnou generovat vícebarevné lasery na jediném čipu při vývoji technologie LiDAR. Tato inovace slibuje revoluci v datových centrech a komunikaci tím, že poskytne rychlejší, čistší a účinnější světelné zdroje.
Před několika lety se výzkumný tým v laboratoři Michala Lipsona zaměřil na návrh vysoce-výkonných čipů schopných generovat silnější paprsky a zároveň hledal vylepšení LiDAR. Bývalý postdoktorandský výzkumník Andres Gil-Molina vysvětlil: „Jak jsme neustále zvyšovali výstupní výkon čipu, všimli jsme si, že generuje to, co je známé jako ‚frekvenční hřeben‘.“ Frekvenční hřeben je jedinečný paprsek složený z mnoha odlišných barev (frekvencí světla) uspořádaných v přísném, ekvidistantním vzoru podobném struktuře duhy. Ve spektru se každá barva jeví jako zřetelný, jasný „zub“ oddělený tmavými oblastmi, což umožňuje současný přenos více datových toků-každý zub funguje jako nezávislý datový kanál.
Dříve vyžadovalo generování výkonných frekvenčních hřebenů objemné a drahé lasery a zesilovače. Nejnovější výzkum ukazuje, že stejného efektu lze nyní dosáhnout v rámci mikročipu. Vedoucí výzkumný pracovník profesor Lipson z katedry elektrotechniky a aplikované fyziky Kolumbijské univerzity uvedl: "Datová centra mají obrovskou poptávku po výkonných a účinných světelných zdrojích zahrnujících četné vlnové délky. Naše technologie transformuje jeden výkonný laser na desítky vysoce kvalitních signálových kanálů. Jediný čip může nahradit řadu samostatných laserových zařízení, což šetří místo a náklady a výrazně zvyšuje účinnost systému."
Lipson dodal: "Naším posláním bylo vylepšit křemíkovou fotoniku. Vzhledem k tomu, že se tato technologie stále více integruje do základní infrastruktury a každodenního života, jsou takové průlomy zásadní pro zajištění efektivního provozu datových center."
Průlom pramenil z jednoduché otázky: Jak výkonný laser můžeme umístit na čip? Tým vybral multimódové laserové diody, široce používané v lékařských zařízeních a řezání laserem. I když tyto lasery dodávají nesmírnou světelnou energii, jejich stav paprsku je vysoce „neuspořádaný“, takže nejsou vhodné pro přesné aplikace. Aby to vědci vyřešili, představili „uzamykací mechanismus“, který využívá křemíkovou fotoniku k čištění výstupu paprsku, díky čemuž je čistší a stabilnější-což je fenomén známý vědecky jako „vysoká koherence“. .
Následně se projevily nelineární optické vlastnosti čipu a rozdělily jeden vysoce{0}}laser na desítky barev ve stejné vzdálenosti. Vznikl tak účinný, kompaktní frekvenční hřebenový zdroj světla, který kombinuje intenzitu průmyslových laserů s přesnou stabilitou potřebnou pro špičkovou-komunikaci a snímání.
S prudkým růstem v oborech, jako je umělá inteligence, se interní přenos informací v rámci datových center stává stále naléhavější. Ačkoli se dnes pro přenos dat široce používá vláknová optika, stále převládají lasery s jednou vlnovou délkou. Vícekanálový paralelní přenos, který umožňují frekvenční hřebeny, umožňuje zpracovávat desítky datových toků současně v rámci jednoho vlákna, což výrazně zvyšuje efektivitu a rychlost přenosu. To vnáší nový impuls do vysokorychlostních sítí-a moderních počítačových systémů. Tato inovace slibuje nejen řídit miniaturizaci a efektivitu datových center, ale také nachází uplatnění v přenosných spektrometrech, optických hodinách, kvantových zařízeních a pokročilých systémech LiDAR.
Výzkumný tým uvedl: „Cílem této technologie je přenést laboratorní-kvalitní-výkonné světelné zdroje do praktických zařízení. Pokud bude dostatečně výkonná, účinná a kompaktní, mohla by být použitelná prakticky v jakémkoli scénáři.“
