Un accident de laboratoire a conduit les ingénieurs à construire une puce qui émet un arc-en-ciel de puissants faisceaux laser. Elle pourrait aider les centres de données à mieux gérer les volumes croissants de données. intelligence artificielle (IA) données.
La nouvelle puce photonique contient une source laser de qualité industrielle associée à un circuit optique conçu avec précision qui façonne et stabilise la lumière avant de la diviser en plusieurs couleurs uniformément espacées.
Créer ceci arc-en-ciel Cet effet – appelé peigne de fréquence – nécessite généralement des lasers et des amplificateurs volumineux et coûteux. Cependant, les chercheurs sont tombés sur un moyen de regrouper cette puissante technologie photonique dans une seule et petite puce alors qu’ils cherchaient à améliorer lidar (détection et télémétrie de la lumière) technologie.
Utilisations du lidar laser des impulsions pour mesurer la distance en fonction du temps qu’il leur faut pour se rendre à un objet et rebondir. En essayant de produire des lasers plus puissants capables de capturer des données détaillées à plus grande distance, l’équipe a remarqué que la puce divisait la lumière en plusieurs couleurs.
Qu’est-ce qu’un peigne de fréquence ?
Un peigne de fréquence est un type de lumière laser composé de plusieurs couleurs ou fréquences uniformément espacées sur toute la surface. spectre optique. Lorsqu’elles sont tracées sur un spectrogramme, ces fréquences apparaissent comme des pointes ressemblant aux dents d’un peigne.
Le sommet de chaque « dent » représente une longueur d’onde stable, précisément définie, pouvant véhiculer des informations indépendamment des autres. Étant donné que les longueurs d’onde sont verrouillées à la fois en fréquence et en phase, ce qui signifie que leurs pics restent parfaitement alignés, elles n’interfèrent pas les unes avec les autres. Cela permet à plusieurs flux de données de circuler en parallèle via un seul canal optique, tel qu’un câble à fibre optique.
Après être tombés par hasard sur cet effet, les scientifiques ont ensuite mis au point un moyen de le reproduire intentionnellement et de manière contrôlable. Ils ont également intégré la technologie dans une puce de silicium où la lumière voyage à travers des guides d’ondes de quelques micromètres de large ; un micromètre (1 µm) équivaut à un millième de millimètre (0,0001 cm), soit environ un centième de la largeur d’un cheveu humain.
L’équipe a publié ses résultats le 7 octobre dans la revue Photonique naturelle. Cette avancée est particulièrement importante maintenant que l’IA place de plus en plus pression sur les ressources de l’infrastructure du centre de donnéesont déclaré les chercheurs.
« Les centres de données ont créé une demande énorme pour des sources de lumière puissantes et efficaces contenant de nombreuses longueurs d’onde », co-auteur de l’étude Andrés Gil-Molinaingénieur principal chez Xscape Photonics et ancien chercheur chez Columbia Engineering, a déclaré dans un communiqué déclaration.
« La technologie que nous avons développée utilise un laser très puissant et le transforme en dizaines de canaux propres et de grande puissance sur une puce. Cela signifie que vous pouvez remplacer les racks de lasers individuels par un seul appareil compact, réduisant ainsi les coûts, économisant de l’espace et ouvrant la porte à des systèmes beaucoup plus rapides et plus économes en énergie.
Arc-en-ciel sur puce
Pour créer un peigne de fréquence sur une puce, les chercheurs devaient trouver un laser haute puissance pouvant être intégré dans un circuit photonique compact. Ils ont finalement opté pour une diode laser multimode, largement utilisée dans les dispositifs médicaux et les outils de découpe laser.
Les diodes laser multimodes peuvent produire de puissants faisceaux de lumière laser, mais le faisceau est « désordonné », ce qui signifie que les chercheurs devaient trouver comment affiner et stabiliser la lumière pour la rendre exploitable, ont indiqué les chercheurs dans l’étude.
Ils y sont parvenus en utilisant une technique appelée verrouillage par auto-injection, qui consiste à intégrer des résonateurs dans la puce qui renvoient une petite partie de la lumière dans le laser. Celui-ci filtre et stabilise la lumière, ce qui donne un faisceau à la fois puissant et très stable.
Une fois stabilisée, la puce divise le faisceau laser en un peigne de fréquences multicolore. Le résultat est un dispositif photonique petit mais efficace qui combine la puissance d’un laser industriel avec la précision nécessaire aux applications de transmission de données et de détection, ont ajouté les scientifiques.
Au-delà des centres de données, la nouvelle puce pourrait permettre la création de spectromètres portables, d’horloges optiques ultra-précises, dispositifs quantiques compacts et même systèmes lidar avancés.
« Il s’agit d’intégrer des sources lumineuses de qualité laboratoire dans des appareils du monde réel », a déclaré Gil-Molina. « Si vous parvenez à les rendre puissants, efficaces et suffisamment petits, vous pourrez les installer presque n’importe où. »
