Новый фотонный чип, основанный на фосфиде галлия, имеет несколько спиральных волноводов и другие инновационные структуры. Размер чипа составляет всего 0,55 см в поперечнике. Благодаря высокой керровской нелинейности фосфида галлия и его высокому показателю преломления, этот чип обеспечивает чрезвычайно эффективное оптическое параметрическое усиление и преобразование частоты в полосах оптической связи S, C и L.
Современные коммуникационные сети полагаются на оптические сигналы для передачи данных, но для эффективной передачи на большие расстояния эти сигналы требуют усиления. Традиционные волоконные усилители, такие как EDFA, обеспечивают работу на ограниченных спектральных диапазонах, что ограничивает расширение оптических сетей. Однако с ростом потребности в более высокоскоростной передаче данных, ограничения существующих усилителей становятся все более очевидными.
Исследователи во главе с Тобиасом Киппенбергом из EPFL и Полом Зайдлером из IBM Research Europe – Zurich разработали параметрический усилитель бегущей волны (TWPA), который обеспечивает сверхширокополосное усиление сигнала в компактной форме. Этот усилитель, использующий фосфид галлия на диоксиде кремния, достигает коэффициента усиления более 10 дБ в полосе пропускания около 140 нм — в три раза шире, чем у обычного EDFA C-диапазона.
Вместо использования редкоземельных элементов для усиления сигналов, новый усилитель работает за счет оптической нелинейности — свойства, при котором свет усиливает сам себя при взаимодействии с материалом. Спроектировав крошечный спиральный волновод, ученые создали структуру, в которой световые волны усиливают друг друга, усиливая слабые сигналы при низком уровне шума.
Использование фосфида галлия позволяет значительно повысить эффективность усиления: материал имеет высокий показатель преломления, что помогает лучше удерживать свет внутри волновода. Это позволяет уменьшить размер устройства, сделав его пригодным для использования в оптических системах связи следующего поколения.
Исследователи продемонстрировали, что усилитель может достигать коэффициента усиления до 35 дБ при низком уровне шума, усиливая сигналы в диапазоне более шести порядков мощности. Эти характеристики делают усилитель адаптируемым для различных применений, включая оптическое зондирование и метрологию, а также системы LiDAR для беспилотных автомобилей.
Усилитель также значительно улучшил характеристики оптических частотных гребней и когерентных коммуникационных сигналов — ключевых технологий для современных оптических сетей. Это достижение открывает новые горизонты для быстрого и эффективного обмена данными в центрах обработки данных, ускорителях искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислительных системах.
В итоге новый фотонный чип — это важный шаг вперед в области фотоники, который не только решает существующие проблемы усиления сигнала в телекоммуникациях, но и открывает возможности для применения в новых высокотехнологичных областях.
Источник: https://actu.epfl.ch/news/ultra-broadband-photonic-chip-boosts-optical-signa/
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
