Нелинейные микрорезонаторы удешевят коммуникации и ускорят компьютеры

Современные оптические коммуникации нуждаются в использовании многих лазеров, излучающих на разных частотах. Новые устройства, прототипы которых продемонстрировали исследователи из Университета Пердью (штат Индиана), довольствуются одним источником света, который они трансформируют на различные длины волн.

Эта инновация, обсуждающаяся в двух статьях – в журналах Nature Photonics и Laser and Photonics Reviews, позволяет в перспективе удешевить оптические системы и сделать их достаточно компактными для интеграции в электронные чипы.

«Допустим у вас 40 каналов. Если в одном телекоммуникационном устройстве имеется 40 индивидуальных лазеров, каждый со своими управляющими схемами, то его стоимость будет высока, – пояснил Минхао Ци (Minghao Qi), доцент электро- и компьютерной техники из Пердью. – А если один из лазеров откажет, нужно будет менять весь чип целиком. Способность генерировать много частот для разных каналов одим лазером обещает существенную экономию в цене».

Примененные в новой конструкции микрорезонаторы аккумулируют оптическую энергию и усиливают слабый эффект оптического нелинейного взаимодействия, позволяющий генерировать многочастотное излучение – частотную гребенку. Устройство имеет вид кольца радиусом примерно 100 мкм и изготовлено из нитрида кремния – материала, совместимого с кремнием, широко используемым в микроэлектронике.

Для контроля работы частотной гребенки авторы предложили использовать оптический эффект, называемый «темные импульсы». Такие импульсы они рассматривают как нормально открытый затвор, который позволяет свету проходить сквозь него, но может быстро закрываться и открываться снова. Весь процесс может занимать всего 1-2 пикосекунды, то есть обеспечиваемая скорость коммутации почти в 100 раз превосходит возможности наиболее совершенных из сегодняшних компьютерных микропроцессоров.

Кольцевые микрорезонаторы подходят для работы не только в близком ИК-диапазоне, используемом для оптических коммуникаций, но также в среднем ИК-спектре и в видимой полосе частот, благодаря чему годятся для применения в химических и биологических сенсорах. Среди прочих возможных приложений – «оптические часы» для синхронизации функций компьютера и фотонная генерация широкополосных микроволновых сигналов, с которыми сложно работать чисто электронными методами.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365