Cientistas acidentalmente criam um pequeno “chip arco -íris” que poderia sobrecarregar a internet

Eles estavam trabalhando em um projeto para melhorar o Lidar, uma tecnologia que usa ondas de luz para medir a distância. O laboratório estava projetando chips de alta potência que poderiam produzir vigas mais brilhantes de luz.

“Ao enviarmos cada vez mais poder através do chip, percebemos que estava criando o que chamamos de pente de frequência”, diz Andres Gil-Molina, ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Lipson.

Um pente de frequência é um tipo especial de luz que contém muitas cores alinhadas um ao lado do outro em um padrão ordenado, como um arco -íris. Dezenas de cores – ou frequências de luz – brilham intensamente, enquanto as lacunas entre elas permanecem escuras. Quando você olha para um pente de frequência em um espectrograma, essas frequências brilhantes aparecem como picos ou dentes em um pente. Isso oferece a tremenda oportunidade de enviar dezenas de fluxos de dados simultaneamente. Como as diferentes cores da luz não interferem entre si, cada dente atua como seu próprio canal.

Hoje, a criação de um poderoso pente de frequência requer lasers e amplificadores grandes e caros. Em seu novo artigo em Nature PhotonicsLipson, Eugene Higgins, professora de engenharia elétrica e professora de física aplicada, e seus colaboradores mostram como fazer a mesma coisa em um único chip.

“Os data centers criaram uma tremenda demanda por fontes poderosas e eficientes de luz que contêm muitos comprimentos de onda”, diz Gil-Molina, que agora é engenheiro principal da Xscape Photonics. “A tecnologia que desenvolvemos pega um laser muito poderoso e a transforma em dezenas de canais limpos e de alta potência em um chip. Isso significa que você pode substituir os racks de lasers individuais por um dispositivo compacto, de corte, economia de espaço e abrindo a porta para sistemas muito mais rápidos e com eficiência energética”.

“Esta pesquisa marca outro marco em nossa missão de promover a fotônica de silício”, disse Lipson. “À medida que essa tecnologia se torna cada vez mais central para a infraestrutura crítica e nossas vidas diárias, esse tipo de progresso é essencial para garantir que os data centers sejam o mais eficientes possível”.

Limpando a luz bagunçada

O avanço começou com uma pergunta simples: qual é o laser mais poderoso que podemos colocar em um chip?

A equipe escolheu um tipo chamado diodo a laser multimodo, que é amplamente utilizado em aplicações como dispositivos médicos e ferramentas de corte a laser. Esses lasers podem produzir enormes quantidades de luz, mas o feixe é “bagunçado”, o que dificulta o uso para aplicações precisas.

Integrar esse laser em um chip de silício Photonics, onde as vias de luz são apenas alguns mícrons – até centenas de nanômetros – amplos, exigiam engenharia cuidadosa.

“Usamos algo chamado mecanismo de travamento para purificar essa fonte de luz poderosa, mas muito barulhenta,”, diz Gil-Molina. O método baseia -se na fotônica de silício para remodelar e limpar a saída do laser, produzindo um feixe muito mais limpo e estável, um imobiliário que os cientistas chamam de alta coerência.

Depois que a luz é purificada, as propriedades ópticas não lineares do chip assumem o controle, dividindo esse único feixe poderoso em dezenas de cores espaçadas uniformemente, uma característica definidora de um pente de frequência. O resultado é uma fonte de luz compacta e de alta eficiência que combina a potência bruta de um laser industrial com a precisão e a estabilidade necessárias para comunicações e detecção avançados.

Por que isso importa agora

O momento para esse avanço não é acidente. Com o crescimento explosivo da inteligência artificial, a infraestrutura dentro dos data centers está se esforçando para mover informações com rapidez suficiente, por exemplo, entre processadores e memória. Os data centers de ponta já estão usando links de fibra óptica para transportar dados, mas a maioria deles ainda depende de lasers de comprimento de onda única.

Os pentes de frequência mudam isso. Em vez de uma viga transportando um fluxo de dados, dezenas de vigas podem ser executadas em paralelo através da mesma fibra. Esse é o princípio por trás da multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), a tecnologia que transformou a Internet em uma rede global de alta velocidade no final dos anos 90.

Ao fazer pentes de alta potência e vários comprimentos de onda, pequenos o suficiente para se encaixarem diretamente em um chip, a equipe de Lipson possibilitou trazer essa capacidade para as partes mais compactas e sensíveis a custos dos modernos sistemas de computação. Além dos data centers, os mesmos chips podem permitir espectrômetros portáteis, relógios ópticos ultra precedentes, dispositivos quânticos compactos e até sistemas de LiDAR avançados.

“Trata-se de trazer fontes de luz de nível de laboratório para dispositivos do mundo real”, diz Gil-Molina. “Se você pode torná -los poderosos, eficientes e pequenos o suficiente, poderá colocá -los em quase qualquer lugar.”