Czym jest „grzebień częstotliwości”?

Kluczowym elementem tego odkrycia jest tzw. grzebień częstotliwości. To szczególny rodzaj światła, który składa się z wielu precyzyjnie rozmieszczonych długości fal. Na wykresie widma wyglądają one jak zęby grzebienia – jasne piki oddzielone ciemnymi przerwami.

Reklama

Każda z tych fal może przenosić własny strumień danych, nie zakłócając pozostałych. W praktyce oznacza to możliwość jednoczesnego przesyłania wielu informacji jednym światłowodem – szybko, stabilnie i z ogromną przepustowością.

Do tej pory generowanie takiego światła wymagało dużych, drogich i energochłonnych laserów. Teraz po raz pierwszy udało się zmieścić tę technologię na jednym chipie krzemowym.

Od „chaotycznego” lasera do idealnej precyzji

Punktem wyjścia badań był laser diodowy wielomodowy – urządzenie powszechnie stosowane w medycynie czy przemyśle. Choć bardzo mocne, takie lasery emitują światło o niskiej jakości, zbyt „chaotyczne” do precyzyjnych zastosowań.

Zespół prof. Michal Lipson opracował jednak sprytny sposób na „oczyszczenie” tej wiązki. Dzięki zaawansowanej fotonice krzemowej i specjalnemu mechanizmowi stabilizacji światło zostało uporządkowane i stało się wysoce koherentne, czyli idealnie zsynchronizowane.

Reklama

Następnie wykorzystano nieliniowe właściwości optyczne chipu, aby rozdzielić jedną silną wiązkę na dziesiątki równomiernie rozmieszczonych długości fal. Tak powstało kompaktowe, wydajne źródło światła o parametrach dotąd zarezerwowanych dla laboratoriów badawczych.

Dlaczego centra danych czekają na takie rozwiązanie?

Rozwój sztucznej inteligencji sprawił, że centra danych muszą przesyłać coraz większe ilości informacji – szczególnie między procesorami a pamięcią. Choć dane są już transportowane światłowodami, większość systemów nadal korzysta z laserów emitujących tylko jedną długość fali.

Grzebienie częstotliwości zmieniają reguły gry. Zamiast jednego kanału transmisji otrzymujemy ich kilkadziesiąt – w tym samym światłowodzie. To zasada działania multipleksacji falowej (WDM), która kiedyś zrewolucjonizowała internet, a teraz może zrewolucjonizować infrastrukturę obliczeniową.

Dzięki miniaturyzacji tej technologii możliwe staje się zastąpienie całych szaf pełnych laserów jednym niewielkim chipem. Efekt? Niższe koszty, mniejsze zużycie energii i znacznie większa wydajność.

Nie tylko serwerownie

Potencjalne zastosowania nowego chipu sięgają znacznie dalej niż centra danych. Ta sama technologia może znaleźć zastosowanie w:

  • przenośnych spektrometrach chemicznych,
  • ultraprecyzyjnych zegarach optycznych,
  • kompaktowych urządzeniach kwantowych,
  • nowej generacji systemów LiDAR,
  • zaawansowanych czujnikach środowiskowych i medycznych.

Innymi słowy: światło klasy laboratoryjnej może wkrótce trafić do urządzeń codziennego użytku.

Mały chip, wielka zmiana

Opracowanie wielokolorowego, wysokowydajnego lasera na jednym chipie to kolejny ważny krok w rozwoju fotoniki krzemowej – technologii, która coraz częściej staje się fundamentem nowoczesnej infrastruktury cyfrowej. Jak podkreślają autorzy badań, w świecie zależnym od danych, energii i szybkości przesyłu informacji takie innowacje nie są luksusem, lecz koniecznością.

Źródło: Columbia Engineering