«Суперлазери» зроблять інтернет у 10 разів швидшим

31 мая 2025 г., 11:35

Учені розробили підсилювач, який може передавати в 10 разів більше інформації на секунду, ніж сучасні волоконно-оптичні системи.

Обсяг інформації, яку ми генеруємо і передаємо, зростає з кожним днем. У зв'язку з поширенням потокових сервісів, розумних пристроїв і генеративного штучного інтелекту Nokia Bell Labs у своєму звіті про трафік глобальних мереж передбачила, що до 2030 року обсяг трафіку даних подвоїться.

Більшість лазерів, що використовуються в сучасних телекомунікаціях, потребують підсилювача. Вони працюють за принципом стимульованого випромінювання, в якому вхідний фотон стимулює випускання іншого фотона з тією самою енергією і напрямком. Тепер вчені розробили новий тип лазерної технології, яка може передавати інформацію за допомогою технології, званої високоефективним оптичним посиленням. Свої висновки дослідники опублікували в журналі Nature.

«Підсилювачі, що використовуються нині в оптичних системах зв'язку, мають смугу пропускання близько 30 нм», - сказав провідний автор роботи Пітер Андрексон (Peter Andrekson), професор фотоніки в Технологічному університеті Чалмерса у Швеції. «Однак наш підсилювач може похвалитися смугою пропускання в 300 нм, що дає йому змогу передавати вдесятеро більше даних на секунду, ніж наявні системи».

Новий підсилювач виготовлено з нітриду кремнію - загартованого керамічного матеріалу, стійкого до високих температур. Підсилювач використовує спіралеподібні хвилеводи для ефективного спрямування лазерних імпульсів і видалення аномалій із сигналу. Технологія також була мініатюризована, тож кілька підсилювачів можуть поміститися на невеликому чипі.

Дослідники обрали спіральні хвилеводи, оскільки вони дають змогу створювати довші оптичні шляхи на невеликій площі. Це підсилює такі корисні ефекти, як чотирьох хвильове змішання, коли дві або більше оптичних частот об'єднуються разом для посилення вихідного сигналу з мінімальним шумом.

Оскільки швидкість світла постійна, саме лазерне світло поширюється не швидше, ніж від звичайних лазерів. Однак завдяки більшій пропускній здатності новий підсилювач може передавати в 10 разів більше даних, ніж звичайні лазери.

Наразі підсилювач працює в діапазоні довжин хвиль світла від 1400 до 1700 нм, що належить до короткохвильового інфрачервоного діапазону. Наступним етапом досліджень стане вивчення роботи підсилювача в інших діапазонах хвиль, наприклад, у діапазоні видимого світла (400-700 нм) і ширшому діапазоні інфрачервоного світла (2000-4000 нм).

Новий підсилювач має безліч потенційних застосувань, включно з медичною візуалізацією, голографією, спектроскопією і мікроскопією, йдеться в заяві. Мініатюризація технології також може зробити лазери для світлових застосувань більш компактними та доступними.

«Незначні зміни в конструкції дадуть змогу посилювати видиме та інфрачервоне світло, - зазначив Пітер Андрексон. Це означає, що підсилювач можна буде використовувати в лазерних системах для медичної діагностики, аналізу та лікування. Велика смуга пропускання дає змогу проводити більш точний аналіз і візуалізацію тканин і органів, сприяючи більш ранньому виявленню захворювань».