Průlomový zesilovač by mohl vést k „super laserům“, které zrychlují internet 10krát
Vědci vyvinuli nový typ laser zesilovač, který může přenášet informace 10krát rychleji než současná technologie.
Laserové zesilovače zvyšují intenzitu světelných paprsků. Tento konkrétní zesilovač dosahuje desetinásobného zvýšení rychlosti přenosu rozšířením šířky pásma nebo vlnových délek světla, při kterém mohou lasery přenášet informace.
Množství informací, které generujeme a přenos, roste každý den. Vzhledem k proliferaci streamovacích služeb, inteligentních zařízení a generativní AI, předpovídaly se v jejich laboratořích Nokia Bell Labs Globální zpráva o provozu sítě že množství datového provozu se do roku 2030 zdvojnásobí.
Současné optické telekomunikační systémy přenášejí informace zasíláním pulzů laserového světla přes optické kabely, které jsou tenké prameny skla. Kapacita – množství informací, které lze přenášet – je určena šířkou pásma zesilovače (vlnové délky světla, které může zesílit). Jak se datový provoz zvyšuje, šířka pásma se proto stává zásadní.
Většina laserů používaných pro moderní telekomunikace, jako je internetová komunikace, vyžaduje zesilovač. Tato práce procesem nazývaným stimulovanými emisemi, který používá příchozí foton ke stimulaci uvolňování jiného fotonu se stejnou energií a směrem.
Vědci nyní navrhli nový typ laserové technologie, která může přenášet informace pomocí technologie nazvané vysoce účinné optické zesílení. Vědci zveřejnili svá zjištění 9. dubna v časopise Příroda.
„Zesilovače, které se v současné době používají v systémech optického komunikace, mají šířku pásma přibližně 30 nanometrů,“ autor vedoucího Peter Andreksonprofesor fotoniky na Chalmers University of Technology ve Švédsku, řekl v prohlášení. „Náš zesilovač se však může pochlubit šířkou pásma 300 nanometrů, což mu umožňuje přenášet desetkrát více dat za sekundu než u stávajících systémů.“
Nový zesilovač je vyroben z nitridu křemíku, ztuhnutého keramického materiálu, který je odolný vůči vysokým teplotám. Zesilovač používá vlnovod ve tvaru spirály k účinnému nasměrování laserových pulzů k odstranění anomálií ze signálu. Tato technologie byla také miniaturizována tak, aby se více zesilovačů mohlo hodit na malý čip.
Vědci si vybrali spirálové vlnovody nad jinými typy vlnovodů, protože umožňují vytvářet delší optické cesty v malé oblasti. To zvyšuje užitečné účinky, jako je míchání se čtyřmi vlnami, ke kterému dochází, když jsou dvě nebo více optických frekvencí kombinovány pro amplifikaci výstupu s minimálním šumem (vnější rušení, které může narušit kvalitu signálu).
Protože rychlost světla je konstantní, samotné laserové světlo necestuje rychleji než rychlost z konvenčních laserů. Větší šířka pásma však umožňuje novému zesilovači přenášet 10krát více dat, než jsou konvenční lasery.
Zesilovač v současné době funguje v rozsahu vlnové délky světla 1 400 až 1700 nanometrů, které je v rozsahu krátkovlnných infračervených. Další fází výzkumu bude vidět, jak funguje na jiných vlnových délkách, jako jsou ty pro viditelné světlo (400 až 700 nanometrů) a širší škálu infračerveného světla (2 000 až 4 000 nanometrů).
Nový zesilovač má podle prohlášení více potenciálních aplikací, včetně lékařského zobrazování, holografie, spektroskopie a mikroskopie. Miniaturizace technologie by také mohla z menších a dostupnějších aplikací založených na světle učinit lasery.
„Drobné úpravy designu by umožnily také zesílení viditelného a infračerveného světla,“ řekl Andrekson. „To znamená, že zesilovač lze použít v laserových systémech pro lékařskou diagnostiku, analýzu a léčbu. Velká šířka pásma umožňuje přesnější analýzy a zobrazování tkání a orgánů, což usnadňuje dřívější detekci nemocí.“
