Есть открытия, которые тихо меняют мир, без фанфар и громких заявлений. Одним из них может стать лазерный усилитель, разработанный исследователями из Университета Чалмерса. На кристалле размером в несколько квадратных сантиметров шведским ученым удалось сконцентрировать мощность передача данных что в десять раз быстрее, чем у современных оптоволоконных систем. Секрет заключается в спиральных волноводах, вытравленных в нитриде кремния, которые направляют лазерный свет с точностью, ранее недоступной в оптической связи.
Квантовый скачок в оптической связи и передаче данных в целом
Питер Андрессон, профессор фотоники в Университете Чалмерса, не стеснялся в выражениях, описывая значимость открытия Опубликован в Природа. Современные системы работают с полосой пропускания около 30 нанометров, тогда как их усилитель достигает 300 нанометров: разница, которая полностью преобразует возможности передачи данных.
Секрет этой технологии кроется в сочетании современных материалов и инновационной геометрии. В чипе используется нитрид кремния — высокотемпературный керамический материал, интегрированный со спиральными волноводами, которые обеспечивают создание оптических путей длиной в несколько метров внутри крошечных устройств. Эти микроскопические спирали направляют лазерные лучи, устраняя аномалии сигнала и максимально увеличивая эффективность передача данных.
Скорость света остается постоянной, но увеличенная пропускная способность позволяет передавать в десять раз больше информации за то же время. Фундаментальное техническое различие, которое определяет разницу между сегодняшним Интернетом и Интернетом завтрашнего дня.
От теории к практике
Исследование не возникло на пустом месте. Андрексон и его команда работают над этой технологией уже более десяти лет. Первые эксперименты были проведены еще в 2011 году, но только в последние четыре года исследователи сосредоточились на космических приложениях.
Усилитель работает в диапазоне длин волн от 1.400 до 1.700 нанометров в коротковолновом инфракрасном спектре. Как подтверждено официальным сообщением Университета Чалмерсаэта особенность делает его идеальным не только для наземной связи, но и для приложений, где слабые сигналы должны передаваться на огромные расстояния.
Испытания продемонстрировали поразительную эффективность: усилитель сохранял исключительное качество сигнала даже при усилении чрезвычайно слабых сигналов, что является важнейшей характеристикой для космической связи, где каждый фотон имеет значение.
Приложения, которые изменят наше будущее
Практические последствия этого открытия выходят далеко за рамки простого повышения скорости Интернета. Как подчеркивалось в предыдущих исследованиях современных оптических системИнтеграция инновационных фотонных технологий преобразует совершенно разные секторы.
В области медицины широкая полоса пропускания позволит проводить более точный анализ и визуализацию тканей и органов, облегчая ранняя диагностика заболеваний. Возможность работы с видимыми и инфракрасными длинами волн, при небольших изменениях конструкции, открывает возможности применения в лазерной хирургии, спектроскопии и передовой микроскопии.
Для космической связи устройство может наконец преодолеть узкое место, ограничивающее передача данных с космических зондов. В настоящее время данные с Марса поступают со скоростью около 30 килобит в секунду по сравнению со средней скоростью шведского широкополосного доступа в Интернет в 60 мегабит. ScienceЕжедневные новости что с помощью этой технологии мы сможем передавать изображения высокого разрешения с близлежащих планет в разумные сроки.
Путь к коммерциализации
Исследователи интегрировали несколько усилителей на одном чипе, продемонстрировав, что технология легко масштабируется. Усилитель был изготовлен с использованием КМОП-совместимых процессов, что означает, что его можно производить на тех же заводах, где производятся чипы для компьютеров и смартфонов.
Такая промышленная совместимость представляет собой огромное конкурентное преимущество перед другими экспериментальными технологиями, требующими совершенно новых производственных процессов. Традиционные оптические усилители, основанные на волокнах, содержащих специальные химические элементы, такие как эрбий, или на полупроводниках, на самом деле имеют существенные ограничения с точки зрения миниатюризации и интеграции.
Миниатюризация и интеграция на кристалле делают эти лазерные системы более доступными и недорогими, чем лабораторные аналоги, что открывает путь к массовому производству, которое может произвести революцию на рынке оптической связи.
Лазерная передача данных на пути к гиперсвязанному миру
Открытие Университета Чалмерса произошло в решающий момент. Nokia Bell Labs прогнозирует, что к 2030 году трафик данных удвоится благодаря искусственному интеллекту, потоковым сервисам и распространению интеллектуальных устройств.
Андрексон имеет четкие представления о будущем: «Эта технология предлагает масштабируемое решение для лазеров, которые могут работать на различных длинах волн, будучи более удобными, компактными и энергоэффективными». Одна лазерная система на основе этого усилителя может использоваться в различных областях: от голографии до характеризации материалов, от передача данных к хирургическим операциям.
Мир оптической связи уже никогда не будет прежним. То, что еще вчера казалось научной фантастикой, теперь воплощается в жизнь в лабораториях шведских университетов. И, возможно, очень скоро даже наш способ связи со Вселенной уже не будет прежним.
