Компактный усилитель может произвести революцию в оптической связи

13 октябрь, 2021 - 12:05Леонид Бараш

Исследователи из Технологического университета Чалмерса, Швеция, представляют уникальный оптический усилитель, который, как ожидается, произведет революцию как в космической, так и в оптоволоконной связи. Новый усилитель обладает высокими характеристиками, достаточно компактен, чтобы его можно было интегрировать в микросхему размером всего несколько миллиметров, и, что особенно важно, не генерирует лишних шумов.

«Это можно сравнить с переключением со старого коммутируемого Интернета на современный широкополосный доступ, с высокой скоростью и качеством», - говорит профессор Питер Андрексон (Peter Andrekson), руководитель лаборатории фотоники при отделении микротехнологии и нанонауки в Чалмерсе.

Оптическая связь позволяет передавать информацию на очень большие расстояния. Технология полезна в ряде приложений, таких как космическая связь и оптоволоконные кабели для интернет-трафика.

С помощью связи, основанной на свете, а не на радиоволнах, мы могли бы, например, быстро отправлять изображения с высоким разрешением с Марса. Информация, переносимая лазерными лучами, могла быть отправлена с высокой скоростью от передатчика на планете к приемнику на Земле или на Луне. Оптическая связь также позволяет нам использовать Интернет по всему миру - независимо от того, передается ли сигнал по оптоволоконным кабелям под морским дном или передается по беспроводной сети.

Поскольку свет, несущий информацию между двумя удаленными точками, теряет мощность по пути, необходимо большое количество оптических усилителей. Без усилителей до 99% сигнала в оптоволоконном кабеле исчезло бы в пределах 100 километров.

Однако хорошо известная проблема оптической связи заключается в том, что эти усилители добавляют избыточный шум, значительно ухудшающий качество сигнала, который вы хотите отправить или получить. Теперь исследователи из Чалмерса представляют чрезвычайно многообещающее решение проблемы, существовавшей десятилетиями.

«Мы разработали первый в мире оптический усилитель, который значительно увеличивает дальность действия, чувствительность и характеристики оптической связи, не генерирует лишних шумов, а также достаточно компактен, чтобы его можно было использовать на практике», - говорит Пин Чжао (Ping Zhao), постдок в Лаборатории фотоники в Чалмерсе и один из ведущих авторов научной статьи, опубликованной в журнале Science Advances.

Усиление света в проекте основано на принципе, известном как эффект Керра, до сих пор являющийся единственным известным подходом, который усиливает свет, не вызывая значительного избыточного шума. Этот принцип был демонстрирован и раньше, но никогда в таком компактном формате - предыдущие версии были слишком громоздкими, чтобы быть полезными.

Новый усилитель помещается в небольшой чип размером всего несколько миллиметров, тогда как предыдущие усилители были в несколько тысяч раз больше.

Кроме того, новые усилители предлагают достаточно высокий уровень производительности, чтобы их можно было размещать более экономно, что делает их более экономичным вариантом. Они также работают в режиме непрерывной волны (CW), а не только в импульсном режиме.

«То, что мы демонстрируем здесь, представляет собой первую работу в непрерывном режиме с чрезвычайно низким уровнем шума в компактном интегрированном чипе. Это дает реальную возможность для практического использования в различных приложениях. Поскольку можно встраивать усилитель в очень маленькие модули, вы можете получить более дешевые решения с гораздо более высокой производительностью, что делает это очень интересным для коммерческих игроков в долгосрочной перспективе. Новые результаты также открывают двери для совершенно новых приложений как в технологии, так и в науке», - объясняет Питер Андрексон.

Компактный усилитель может произвести революцию в оптической связи

Новый усилитель обладает высокими характеристиками, достаточно компактен, чтобы его можно было интегрировать в микросхему размером всего в миллиметры, и не генерирует лишних шумов