В 10 раз быстрее оптоволокна: крошечный усилитель пропускает волны длиной 300 нм

Ученые из Технологического университета Чалмерса в Швеции разработали крошечный усилитель, который может размещаться на чипе и ускорять передачу данных в 10 раз по сравнению с традиционными оптоволоконными сетями.

По словам разработчиков, их устройство имеет значительный потенциал в использовании для различных лазерных систем, включая те, которые используются в диагностике и лечении. Оптические усилители используются для обеспечения эффективной передачи данных и устранения помех. Исследователи установили, что пропускная способность оптической системы в основном зависит от диапазона длин волн света, пропускаемого через усилитель.

«Усилители, которые в настоящее время используются в системах оптической связи, имеют полосу пропускания около 30 нанометров. Однако наш усилитель может похвастаться полосой пропускания в 300 нанометров, что позволяет ему передавать в десять раз больше данных в секунду, чем существующие системы», — объясняет профессор фотоники в университете Чалмерса и ведущий автор исследования, Питер Андрексон.

Новый усилитель создан из нитрида кремния и имеет несколько небольших спиральных, взаимосвязанных волноводов, которые минимизируют рассеивание света. Технические преимущества были достигнуты за счет сочетания необходимой геометрической формы с конструкцией из нитрида кремния.

Экспериментальная установка полностью оптического преобразования длины волны на основе Si₃N₄/nature

Как отмечает Питер Андрексон, ключевым преимуществом нового усилителя является способность увеличивать полосу пропускания света в 10 раз, эффективно уменьшая сопутствующие помехи при этом. Это позволяет усиливать очень слабые сигналы и те, что используются для систем связи в космосе.

Также утверждается, что разработка исследователей из Чалмерса может быть использована для разработки лазерных систем, способных быстро менять длину волны в широком диапазоне, поскольку оптические усилители являются важнейшими компонентами всех лазеров. Андрексон отметил, что незначительные изменения в конструкции позволят также усиливать видимый и инфракрасный свет.

Усилитель может быть использован в лазерных системах медицинской диагностики, поскольку широкая полоса пропускания позволяет проводить более точный анализ и визуализацию тканей и органов, что может помочь выявить заболевания на более ранних стадиях с большей точностью.

Представлена методология изготовления нелинейных волноводов с одновременной работой в одномодовом режиме и аномальной дисперсией для сверхширокополосной работы и высокоэффективного четырехволнового смешивания. Хотя исследователи показали, что они реализовали это в волноводах из нитрида кремния, подход к проектированию может быть использован и с другими платформами.