Recentemente, i ricercatori della Columbia University negli Stati Uniti hanno scoperto inaspettatamente un nuovo metodo in grado di generare laser multicolori su un singolo chip mentre sviluppavano la tecnologia LiDAR. Questa innovazione promette di rivoluzionare i data center e le comunicazioni fornendo fonti di luce più veloci, più pulite e più efficienti.
Diversi anni fa, il team di ricerca del laboratorio di Michal Lipson si è concentrato sulla progettazione di chip ad alte-prestazioni in grado di generare fasci più potenti ricercando al contempo miglioramenti LiDAR. L'ex ricercatore post-dottorato Andres Gil-Molina ha spiegato: "Mentre aumentavamo continuamente la potenza di uscita del chip, abbiamo notato che stava generando quello che è noto come un 'pettine di frequenza'". Un pettine di frequenza è un raggio unico composto da numerosi colori distinti (frequenze luminose) disposti in uno schema rigoroso ed equidistante, simile alla struttura di un arcobaleno. Su uno spettro, ciascun colore appare come un "dente" distinto e luminoso separato da regioni scure, consentendo la trasmissione simultanea di più flussi di dati-ogni dente agisce come un canale dati indipendente.
In precedenza, la generazione di potenti pettini di frequenza richiedeva laser e amplificatori ingombranti e costosi. Le ultime ricerche rivelano che lo stesso effetto può ora essere ottenuto all’interno di un microchip. Il ricercatore capo, il professor Lipson, del Dipartimento di ingegneria elettrica e fisica applicata della Columbia University, ha dichiarato: "I data center hanno una domanda massiccia di sorgenti luminose potenti ed efficienti che comprendono numerose lunghezze d'onda. La nostra tecnologia trasforma un singolo potente laser in dozzine di canali di segnale di alta-qualità. Un singolo chip può sostituire file di dispositivi laser autonomi, risparmiando spazio e costi e aumentando significativamente la velocità del sistema e l'efficienza energetica."
Lipson ha aggiunto: "Il progresso della fotonica del silicio è stata la nostra missione. Poiché questa tecnologia diventa sempre più integrata nell'infrastruttura centrale e nella vita quotidiana, tali scoperte sono cruciali per garantire operazioni efficienti dei data center".
La svolta è nata da una semplice domanda: quanto è potente un laser che possiamo inserire in un chip? Il team ha selezionato diodi laser multimodali, ampiamente utilizzati nei dispositivi medici e nel taglio laser. Sebbene questi laser forniscano un’immensa energia luminosa, il loro stato del raggio è altamente “disordinato”, rendendoli inadatti per applicazioni di precisione. Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno introdotto un "meccanismo di blocco" che sfrutta la fotonica del silicio per purificare il raggio in uscita, rendendolo più pulito e più stabile-un fenomeno noto scientificamente come "alta coerenza". .
Successivamente, le proprietà ottiche non lineari del chip hanno avuto effetto, suddividendo un singolo laser ad alta-intensità in dozzine di colori equidistanti. Ciò ha creato una sorgente luminosa a pettine di frequenza efficiente e compatta che combina l'intensità dei laser industriali con la stabilità precisa richiesta per le comunicazioni e il rilevamento di fascia alta-.
Con la crescita esplosiva di settori come l’intelligenza artificiale, la trasmissione interna delle informazioni all’interno dei data center è diventata sempre più urgente. Sebbene la fibra ottica sia ormai ampiamente utilizzata per la trasmissione dei dati, i laser a singola-lunghezza d'onda rimangono predominanti. La capacità di trasmissione parallela multi-canale consentita dai pettini di frequenza consente di elaborare simultaneamente decine di flussi di dati all'interno di una singola fibra, aumentando significativamente l'efficienza e la velocità di trasmissione. Ciò imprime nuovo slancio alle reti ad alta-velocità e ai moderni sistemi informatici. Questa innovazione non solo promette di favorire la miniaturizzazione e l’efficienza dei data center, ma trova anche applicazioni negli spettrometri portatili, negli orologi ottici, nei dispositivi quantistici e nei sistemi LiDAR avanzati.
Il team di ricerca ha dichiarato: "Questa tecnologia mira a portare sorgenti luminose ad alte prestazioni-di laboratorio in dispositivi pratici. Se sufficientemente potente, efficiente e compatta, potrebbe essere applicabile praticamente in qualsiasi scenario."
