Πρόσφατα, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια των Ηνωμένων Πολιτειών ανακάλυψαν απροσδόκητα μια νέα μέθοδο ικανή να παράγει πολύχρωμα λέιζερ σε ένα μόνο τσιπ, ενώ αναπτύσσουν την τεχνολογία LiDAR. Αυτή η καινοτομία υπόσχεται να φέρει επανάσταση στα κέντρα δεδομένων και στις επικοινωνίες παρέχοντας γρήγορες, καθαρότερες και πιο αποτελεσματικές πηγές φωτός.
Πριν από αρκετά χρόνια, η ερευνητική ομάδα στο εργαστήριο του Michal Lipson επικεντρώθηκε στο σχεδιασμό τσιπ υψηλής απόδοσης- ικανών να παράγουν ισχυρότερες δέσμες αναζητώντας βελτιώσεις στο LiDAR. Ο πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής Andres Gil-Molina εξήγησε: "Καθώς αυξάναμε συνεχώς την ισχύ εξόδου του τσιπ, παρατηρήσαμε ότι παρήγαγε αυτό που είναι γνωστό ως "χτένα συχνότητας". Η χτένα συχνότητας είναι μια μοναδική δέσμη που αποτελείται από πολλά διαφορετικά χρώματα (συχνότητες φωτός) διατεταγμένα σε ένα αυστηρό μοτίβο, όμοιο με το κύμα. Σε ένα φάσμα, κάθε χρώμα εμφανίζεται ως ένα ξεχωριστό, φωτεινό "δόντι" που χωρίζεται από σκοτεινές περιοχές, επιτρέποντας την ταυτόχρονη μετάδοση πολλαπλών ροών δεδομένων-κάθε δόντι που λειτουργεί ως ανεξάρτητο κανάλι δεδομένων.
Προηγουμένως, η δημιουργία ισχυρών χτενών συχνότητας απαιτούσε ογκώδη και ακριβά λέιζερ και ενισχυτές. Η τελευταία έρευνα αποκαλύπτει ότι το ίδιο αποτέλεσμα μπορεί πλέον να επιτευχθεί μέσα σε ένα μικροτσίπ. Ο επικεφαλής ερευνητής καθηγητής Lipson, από το Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Κολούμπια, δήλωσε: "Τα κέντρα δεδομένων έχουν τεράστια ζήτηση για ισχυρές, αποτελεσματικές πηγές φωτός που περιλαμβάνουν πολλά μήκη κύματος. Η τεχνολογία μας μετατρέπει ένα μόνο ισχυρό λέιζερ σε δεκάδες κανάλια σήματος υψηλής- ποιότητας. ενισχύοντας την ταχύτητα του συστήματος και την ενεργειακή απόδοση».
Ο Lipson πρόσθεσε: "Η πρόοδος της φωτονικής πυριτίου ήταν η αποστολή μας. Καθώς αυτή η τεχνολογία ενσωματώνεται ολοένα και περισσότερο στη βασική υποδομή και την καθημερινή ζωή, τέτοιες ανακαλύψεις είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση αποτελεσματικών λειτουργιών των κέντρων δεδομένων."
Η ανακάλυψη προήλθε από μια απλή ερώτηση: Πόσο ισχυρό ένα λέιζερ μπορούμε να χωρέσουμε σε ένα τσιπ; Η ομάδα επέλεξε πολύτροπες διόδους λέιζερ, που χρησιμοποιούνται ευρέως σε ιατρικές συσκευές και κοπή με λέιζερ. Ενώ αυτά τα λέιζερ αποδίδουν τεράστια φωτεινή ενέργεια, η κατάσταση της δέσμης τους είναι εξαιρετικά «διαταραγμένη», καθιστώντας τα ακατάλληλα για εφαρμογές ακριβείας. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, οι ερευνητές εισήγαγαν έναν "μηχανισμό κλειδώματος" που αξιοποιεί τη φωτονική του πυριτίου για να καθαρίσει την έξοδο της δέσμης, καθιστώντας την καθαρότερη και πιο σταθερή-ένα φαινόμενο γνωστό επιστημονικά ως "υψηλή συνοχή". .
Στη συνέχεια, οι μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες του τσιπ τέθηκαν σε ισχύ, χωρίζοντας ένα μόνο λέιζερ υψηλής-έντασης σε δεκάδες χρώματα σε ίση απόσταση. Αυτό δημιούργησε μια αποτελεσματική, συμπαγή πηγή φωτός με χτένα συχνότητας που συνδυάζει την ένταση των βιομηχανικών λέιζερ με την ακριβή σταθερότητα που απαιτείται για υψηλές{2}}επικοινωνίες και ανίχνευση.
Με την εκρηκτική ανάπτυξη σε πεδία όπως η τεχνητή νοημοσύνη, η εσωτερική μετάδοση πληροφοριών εντός των κέντρων δεδομένων γίνεται όλο και πιο επείγουσα. Αν και οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως για τη μετάδοση δεδομένων, τα λέιζερ μονού-μήκους κύματος παραμένουν κυρίαρχα. Η δυνατότητα παράλληλης μετάδοσης πολλαπλών-καναλιών που ενεργοποιείται από τις χτένες συχνότητας επιτρέπει την ταυτόχρονη επεξεργασία δεκάδων ροών δεδομένων σε μία μόνο ίνα, ενισχύοντας σημαντικά την απόδοση και την ταχύτητα μετάδοσης. Αυτό δίνει νέα ώθηση σε δίκτυα-υψηλής ταχύτητας και σύγχρονα υπολογιστικά συστήματα. Αυτή η καινοτομία όχι μόνο υπόσχεται να οδηγήσει τη σμίκρυνση και την αποτελεσματικότητα των κέντρων δεδομένων, αλλά βρίσκει επίσης εφαρμογές σε φορητά φασματόμετρα, οπτικά ρολόγια, κβαντικές συσκευές και προηγμένα συστήματα LiDAR.
Η ερευνητική ομάδα δήλωσε: "Αυτή η τεχνολογία στοχεύει να φέρει εργαστηριακές-υψηλής ποιότητας-πηγές φωτός σε πρακτικές συσκευές. Εάν είναι αρκετά ισχυρή, αποτελεσματική και συμπαγής, θα μπορούσε να εφαρμοστεί σχεδόν σε οποιοδήποτε σενάριο."
