В результате случайного лабораторного открытия был создан миниатюрный фотонный чип, получивший название «Радуга-на-чипе». Это устройство способно генерировать «частотную гребенку» — полный спектр стабильных лазерных цветов высокой мощности, что ранее требовало громоздкого и дорогостоящего оборудования. Данная инновация обещает кардинально повысить скорость и энергоэффективность передачи данных, что имеет критическое значение для управления огромными энергетическими потребностями современных центров обработки данных и систем искусственного интеллекта.
Основное применение «Радуги-на-чипе» — помощь центрам обработки данных в управлении стремительно растущими объемами информации, генерируемыми искусственным интеллектом. Передавая множество потоков данных одновременно на разных цветах света, технология предлагает способ перемещения информации значительно быстрее и эффективнее существующих систем.
Технология не была запланированным изобретением. Исследователи наткнулись на эффект «радуги», пытаясь усовершенствовать технологию лидаров (Lidar), предназначенную для обнаружения и определения дальности с помощью света. Их целью было создание более мощных одноцветных лазеров, но они неожиданно обнаружили, что их чип разделяет свет на стабильную многоцветную гребенку.
Частотная гребенка — это тип лазерного света, состоящий из множества отдельных цветов (частот), которые точно и равномерно распределены по оптическому спектру. На спектрограмме эти четкие частотные пики напоминают зубья расчески. Каждый «зуб» представляет собой стабильную, четко определенную длину волны, способную переносить данные. Критически важно, что эти волны «заперты» как по частоте, так и по фазе, что позволяет их пикам оставаться идеально выровненными и не мешать друг другу.
Для создания устройства команда выбрала многорежимный лазерный диод, который обычно используется в промышленных станках для лазерной резки и медицинских приборах из-за его высокой мощности. Однако свет от такого лазера мощный, но нестабильный и «грязный», что делает его непригодным для точной передачи данных.
Решением стала разработанная инженерами техника «самоинжекционной синхронизации». В кремниевый чип были интегрированы резонаторы, которые направляют небольшую часть лазерного света обратно в источник. Эта петля обратной связи фильтрует и стабилизирует свет, создавая луч, который является одновременно мощным и высокостабильным. После стабилизации чип разделяет этот чистый и мощный луч на многоцветную частотную гребенку.
За этим открытием стоит исследователь Андрес Гил-Молина, соавтор исследования, главный инженер компании Xscape Photonics и бывший научный сотрудник Колумбийского университета (Columbia Engineering). Результаты работы были опубликованы 7 октября в журнале Nature Photonics.
Прорыв заключается в успешной миниатюризации технологии. Мощность промышленного лазера и точность частотной гребенки теперь упакованы в один крошечный кремниевый чип. Это позволяет заменить стойки с отдельными лазерами одним компактным, экономичным и экономящим пространство устройством.
Вся технология размещена на кремниевом чипе, где свет проходит через волноводы шириной всего в несколько микрометров. Один микрометр составляет одну тысячную долю миллиметра, что примерно в сто раз тоньше человеческого волоса.
Помимо основного применения в центрах обработки данных, технология имеет и другой потенциал. Она может быть использована в портативных спектрометрах, сверхточных оптических часах, компактных квантовых устройствах и усовершенствованных лидарных системах, которые и были первоначальной областью исследований.
Общая концепция заключается в том, чтобы «перенести источники света лабораторного уровня в устройства реального мира». Это достигается за счет создания мощных, эффективных и достаточно маленьких приборов, которые можно разместить «практически где угодно».
Изображение носит иллюстративный характер
Основное применение «Радуги-на-чипе» — помощь центрам обработки данных в управлении стремительно растущими объемами информации, генерируемыми искусственным интеллектом. Передавая множество потоков данных одновременно на разных цветах света, технология предлагает способ перемещения информации значительно быстрее и эффективнее существующих систем.
Технология не была запланированным изобретением. Исследователи наткнулись на эффект «радуги», пытаясь усовершенствовать технологию лидаров (Lidar), предназначенную для обнаружения и определения дальности с помощью света. Их целью было создание более мощных одноцветных лазеров, но они неожиданно обнаружили, что их чип разделяет свет на стабильную многоцветную гребенку.
Частотная гребенка — это тип лазерного света, состоящий из множества отдельных цветов (частот), которые точно и равномерно распределены по оптическому спектру. На спектрограмме эти четкие частотные пики напоминают зубья расчески. Каждый «зуб» представляет собой стабильную, четко определенную длину волны, способную переносить данные. Критически важно, что эти волны «заперты» как по частоте, так и по фазе, что позволяет их пикам оставаться идеально выровненными и не мешать друг другу.
Для создания устройства команда выбрала многорежимный лазерный диод, который обычно используется в промышленных станках для лазерной резки и медицинских приборах из-за его высокой мощности. Однако свет от такого лазера мощный, но нестабильный и «грязный», что делает его непригодным для точной передачи данных.
Решением стала разработанная инженерами техника «самоинжекционной синхронизации». В кремниевый чип были интегрированы резонаторы, которые направляют небольшую часть лазерного света обратно в источник. Эта петля обратной связи фильтрует и стабилизирует свет, создавая луч, который является одновременно мощным и высокостабильным. После стабилизации чип разделяет этот чистый и мощный луч на многоцветную частотную гребенку.
За этим открытием стоит исследователь Андрес Гил-Молина, соавтор исследования, главный инженер компании Xscape Photonics и бывший научный сотрудник Колумбийского университета (Columbia Engineering). Результаты работы были опубликованы 7 октября в журнале Nature Photonics.
Прорыв заключается в успешной миниатюризации технологии. Мощность промышленного лазера и точность частотной гребенки теперь упакованы в один крошечный кремниевый чип. Это позволяет заменить стойки с отдельными лазерами одним компактным, экономичным и экономящим пространство устройством.
Вся технология размещена на кремниевом чипе, где свет проходит через волноводы шириной всего в несколько микрометров. Один микрометр составляет одну тысячную долю миллиметра, что примерно в сто раз тоньше человеческого волоса.
Помимо основного применения в центрах обработки данных, технология имеет и другой потенциал. Она может быть использована в портативных спектрометрах, сверхточных оптических часах, компактных квантовых устройствах и усовершенствованных лидарных системах, которые и были первоначальной областью исследований.
Общая концепция заключается в том, чтобы «перенести источники света лабораторного уровня в устройства реального мира». Это достигается за счет создания мощных, эффективных и достаточно маленьких приборов, которые можно разместить «практически где угодно».
