Новые прорывы в области основных оптоэлектронных устройств 

В статье, опубликованной в последнем номере журнала Nature, говорится, что ученые из Технологического университета Чалмерса в Швеции разработали новый усилитель, который может увеличить скорость передачи данных в 10 раз по сравнению с существующими оптоволоконными кабелями.

Новый усилитель компактен, его ширина составляет всего несколько сантиметров, но он может обрабатывать в 10 раз больше данных в секунду, чем существующие оптические системы связи. Источник изображения: Технологический университет Чалмерса, Швеция

Стремительное развитие технологий искусственного интеллекта, растущая популярность стриминговых сервисов и распространение новых интеллектуальных устройств привели к резкому увеличению трафика данных. Ожидается, что к 2030 году объем трафика данных удвоится. Быстро растущий трафик данных предъявляет все более высокие требования к пропускной способности систем связи. В настоящее время такие ресурсоемкие услуги, как Интернет и телекоммуникации, используют оптические системы связи. Такие системы используют оптические волокна для передачи информации на большие расстояния с помощью лазерных импульсов.

Оптические усилители необходимы для обеспечения высокого качества передачи информации и отсутствия помех. Пропускная способность оптических систем связи во многом зависит от полосы пропускания усилителя, то есть диапазона длин волн, в котором он может усиливать свет. Ширина полосы пропускания современных усилителей, используемых в оптической связи, составляет около 30 нанометров, тогда как ширина полосы пропускания нового усилителя достигает 300 нанометров, что позволяет ему передавать в 10 раз больше данных в секунду, чем существующие системы.

Новый усилитель изготовлен из нитрида кремния и имеет несколько небольших спиралевидных взаимосвязанных волноводов, которые эффективно направляют свет с минимальными потерями. Благодаря сочетанию свойств материалов с оригинальной геометрической конструкцией новый усилитель обеспечивает ряд важных технических преимуществ: во-первых, полоса пропускания увеличивается в 10 раз; во-вторых, он может более эффективно снижать уровень шума, тем самым усиливая очень слабые сигналы, используемые в таких областях, как космическая связь; Кроме того, им удалось сделать усилитель «тонким», чтобы его можно было разместить на чипе размером в несколько сантиметров.

Свет разной длины волны имеет разное применение. Исследования показали, что новый усилитель может работать в спектральном диапазоне 1400–1700 нанометров. Благодаря широкой полосе пропускания усилитель может также усиливать сигналы в таких диапазонах длин волн, как видимый свет (длины волн от 400 до 700 нанометров) и инфракрасный свет (длины волн от 2000 до 4000 нанометров) путем модификации конструкции волновода.

Исследовательская группа подчеркивает, что новый усилитель представляет собой масштабируемое решение для лазерных систем, позволяя им работать на различных длинах волн, оставаясь при этом экономичными, компактными и энергоэффективными. Лазерные системы на основе этого усилителя могут широко использоваться во многих областях, включая медицинские исследования, диагностику и лечение, визуализацию, голографию, спектроскопию, микроскопию, а также характеристику материалов и компонентов.

Являясь одним из основных компонентов оптических систем связи, применение оптических усилителей значительно способствовало развитию технологии оптоволоконной связи и оказало важную поддержку построению современных сетей связи. В настоящее время, с развитием новых информационных технологий, таких как 5G, искусственный интеллект, большие данные и Интернет вещей, массовая передача и обработка информации стали новой технологической тенденцией, что также ставит новые задачи перед технологией волоконно-оптической связи. Чтобы адаптироваться к новейшим тенденциям развития новых информационных технологий, оптические усилители в настоящее время развиваются в направлении широкополосной связи, интеграции и интеллекта, чтобы помочь беспрепятственному распространению все более широких «информационных каналов».