Учени са изобретили усилвател за лазер – с него трафикът чрез оптика буквално ще лети

Изследователи от Технологичния университет Чалмърс в Швеция са разработили усилвател на лазерен лъч, който може да предава 10 пъти повече данни от съвременните предаватели по конвенционалните оптични комуникационни линии. Решението представлява каскада от спирални вълноводи, а целият процес на усилване е сведен до основните свойства на нелинейната оптика.

Скоростта на фотоните е ограничена от скоростта на светлината в средата, а изпращането им по-бързо, за да се увеличи скоростта на предаване на данни, е в разрез с нашата Вселена. Природата може да бъде измамена чрез разширяване на честотната лента за предаване, но през годините на използване на оптиката инженерите сякаш са изстискали всичко от нея.

Шведските учени са разработили инженерно решение, което може да увеличи широчината на честотната лента от стандартен лазерен източник на светлина от 30 на 300 nm в мащаба на чип.

За целта те са използвали т.нар. четиривълново смесване (Four-Wave Mixing – FWM). Това е нелинеен оптичен процес, при който четири електромагнитни вълни с различни честоти взаимодействат в силно нелинейна среда: оптични влакна, кристали или други нелинейни среди. Този процес води до генериране на нови вълни с честоти, които са комбинации от честотите на първоначалните вълни.

Чрез генерирането на фотони с нови дължини на вълните се увеличава широчината на честотната лента. Всичко това е било добре известно преди новата разработка. Изследователи успяха да миниатюризират схемата, като я пресъздадоха върху силициев нитрид. Схемата представлява каскада от спираловидни вълноводи. Спиралите дават възможност да се увеличи пътят на фотоните в изключително малка област, което е необходимо, за да се извършат всички необходими трансформации за появата на фотони с разширен спектър от дължини на вълните. По този начин е възможно значително да се увеличи броят на каналите за усилване в малък участък на чипа.

В своето изследване учените показват, че усилвателят работи в диапазона на дължината на вълната от 1400 до 1700 nm – късовълновия инфрачервен диапазон. Следващият етап от изследването ще бъде тестване на работата в други диапазони на дължината на вълната, като видимата светлина (400 до 700 nm) и по-широк диапазон на инфрачервената светлина (2000 до 4000 nm).

Според изявлението новият усилвател има много потенциални приложения, включително за медицински изображения, холография, спектроскопия и микроскопия. Миниатюризацията на технологията би могла също така да направи лазерите за светлинни приложения по-компактни и достъпни.

„Малки промени в дизайна ще позволят да се усилва и видима и инфрачервена светлина. Това означава, че усилвателят би могъл да се използва в лазерни системи за медицинска диагностика, анализ и лечение. По-голямата широчина на честотната лента позволява по-точен анализ и визуализация на тъканите и органите, което допринася за по-ранното откриване на заболявания.“

обясняват разработчиците