Создан новый лазер для быстрого Интернета

Свет способен переносить гигантские объемы информации — примерно в 10 тыс. раз больше, чем микроволны, применявшиеся раньше в коммуникациях на большие расстояния. Но для того, чтобы реализовать этот потенциал, лазерное излучение должно быть спектрально чистым — как можно более близким к одночастотному.

Несмотря на непрекращающиеся попытки разработчиков максимально приблизиться к этому идеалу, краеугольным камнем современных оптоволоконных сетей все еще является полупроводниковый лазер с распределенной обратной связью (distributed-feedback semiconductor, S-DFB), изобретенный более 40 лет назад. Беспрецедентно высокая на то время спектральная чистота, обеспечившая этому устройству столь долгую эксплуатационную жизнь, уже не удовлетворяет растущие запросы к пропускной способности каналов связи.

Новый лазер, разработанный в Калифорнийском Технологическом Институте (Caltech), способен многократно увеличить скорость передачи данных в оптоволоконных магистралях, составляющих основу Интернета. Информация об этом изобретении опубликована в онлайновом выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences.

Традиционный S-DFB состоит из непрерывных кристаллических слоев полупроводников третьей и четвертой групп (III-IV), таких как арсенид галлия или фосфид индия, преобразующих протекающий электрический ток в свет. Но эти же полупроводники являются сильными поглотителями света, что ведет к ухудшению спектральной чистоты, внося значительную и теоретически неустранимую для данной архитектуры компоненту оптического шума.

В новой конструкции высококогерентного лазера исследователи также применили для преобразования тока в свет материалы III-IV, но — и в этом фундаментальное отличие от S-DFB — генерируемое излучение запасается не в этих полупроводниках, а в слое кремния, не поглощающем свет. Неоднородная пространственная структура этого кремниевого слоя — аналог волнистой поверхности в S-DFB — действует как концентратор света, отводя его от светопоглощающих слоев III-V.

Согласно информации от авторов статьи, такое решение позволяет добиться высокой спектральной чистоты — интервал рабочих частот нового лазера в 20 раз уже, чем у S-DFB. В перспективе, такой выигрыш способен транслироваться в увеличение пропускной способности оптических линий (когерентные фазовые коммуникации) на несколько порядков величины.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI