Кремнієві метаповерхні відкривають шлях до ультрашвидкої модуляції широкосмугових оптичних імпульсів

Дослідники з наукової колаборації METAFAST розробили новий метод керування світлом за допомогою ультратонких силіконових метаповерхонь. Технологія дозволяє здійснювати надшвидке перемикання широкосмугових світлових сигналів на пікосекундному рівні, що відкриває нові можливості для оптичних обчислень, зв'язку та системи LiDAR.

Результати дослідження були опубліковані в науковому журналі Opto-Electronic Advances.

Керування інтенсивністю світла є основою багатьох сучасних технологій - від високошвидкісного інтернету до передових обчислювальних систем. Традиційно для цього використовують інтерференційні пристрої, однак вони ефективні лише для одноколірних (монохроматичних) променів. При роботі з широкосмуговим світлом, яке складається з багатьох кольорів, світлові хвилі швидко втрачають узгодженість. Альтернативні електрооптичні перемикачі, хоча й працюють із широкосмуговим світлом, залишаються громіздкими, повільними та потребують складної електронної обв'язки.

Щоб розв'язати цю проблему, вчені звернулися до метаповерхонь - ультратонких шарів із мікроскопічними штучними структурами. Використовуючи метод «світло керує світлом» (повністю оптичну модуляцію), дослідники змогли досягти виняткової швидкодії.

Головним проривом стала розробка кремнієвої метаповерхні, яка працює у широкому діапазоні спектра. Завдяки застосуванню ультракоротких лазерних імпульсів вдалося продемонструвати перемикання оптичних сигналів на часових масштабах у пікосекунди.

Розробка колаборації METAFAST є важливим кроком до створення більш компактних, швидких та енергоефективних методів керування світлом. Можливість швидко модулювати широкосмугове світло критично важлива для кількох перспективних галузей. Так в оптичному зв'язку та передачі даних це дозволить суттєво збільшити пропускну здатність мереж для задоволення висхідних потреб хмарних обчислень, потокового відео та штучного інтелекту. В лазерних системах та LiDAR - покращить характеристики сенсорів для автопілотів та роботизованих систем. А у світлових (фотонних) обчисленнях це стане основою для створення процесорів майбутнього, які використовують для обчислень фотони замість електронів, забезпечуючи значно вищу швидкість при мінімальному енергоспоживанні.

Оскільки кремнієві метаповерхні можна легко інтегрувати безпосередньо на мікросхеми, це дозволить суттєво зменшити габарити та складність оптичних компонентів.

У подальших дослідженнях автори планують зосередитися на додатковому підвищенні ефективності та швидкості модуляції, зниженні енерговитрат та інтеграції розроблених метаповерхонь у реальні фотонні пристрої. У довгостроковій перспективі це наближає перехід від електронних технологій обробки інформації до повністю оптичних.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI