Как известно, оптические усилители необходимы для обеспечения высокого качества передаваемой информации и защиты от помех.
Исследовательская группа из шведского Технологического университета Чалмерса разработала оптический усилитель, который может поместиться на небольшом чипе и позволяет передавать в десять раз больше данных в секунду, чем современные волоконно-оптические системы. Исследователи утверждают, что он обладает значительным потенциалом для различных важных лазерных систем, в том числе используемых в медицинской диагностике и лечении.
Разработчики Технологического университета Чалмерса обнаружили, что пропускная способность оптической системы связи в значительной степени определяется полосой пропускания усилителя и диапазоном длин волн света, которые он может обрабатывать. “Усилители, используемые в настоящее время в системах оптической связи, имеют полосу пропускания около 30 нанометров”, - сказал Питер Андрексон, профессор фотоники в университете Чалмерса и ведущий автор исследования. “Однако наш усилитель обладает гораздо большей полосой пропускания в 300 нанометров, что позволяет ему передавать в десять раз больше данных в секунду, чем существующие системы”, - подчеркнул он.
Сообщается, что новый оптический усилитель, изготовленный из нитрида кремния, оснащен несколькими небольшими спиралевидными волноводами, соединенными между собой, которые эффективно направляют свет с минимальными потерями. Сочетание этого материала с оптимизированным геометрическим дизайном дало ряд технических преимуществ. Андрексон подчеркнул, что ключевым новшеством этого усилителя является не только его способность увеличивать полосу пропускания в десять раз, но и более эффективно снижать шум, чем любой другой тип усилителей. Питер Андрексон также отметил, что эта способность позволяет усиливать очень слабые сигналы, например, те, которые используются в космической связи.
Согласно сообщенной информации, новый оптический усилитель удалось уменьшить до размера микросхемы размером всего в несколько сантиметров. “Хотя создание усилителей на небольших микросхемах не является новой концепцией, это первый случай достижения такой широкой полосы пропускания”, - добавил Андрексон.
Также утверждается, что разработка исследователей Технологического университета Чалмерса может быть использована для разработки лазерных систем, способных быстро изменять длину волны в широком диапазоне, поскольку оптические усилители являются важнейшими компонентами всех лазеров. В этой связи Андрексон отметил, что незначительные изменения в конструкции позволят также усилить видимый и инфракрасный свет.
Согласно опубликованной Технологическим университетом Чалмерса информации, одним из преимущественных направлений использования нового оптического усилителя могут стать лазерные системы медицинской диагностики, поскольку широкая полоса пропускания позволяет проводить более точный анализ и визуализацию тканей и органов, что может помочь с большей точностью выявлять заболевания на ранних стадиях.
Как подчеркивается в опубликованных в журнале Nature комментариях к результатам этих исследований, они представляют инновационную методологию изготовления нелинейных волноводов с одновременной одномодовой работой и аномальной дисперсией для сверхширокополосной работы и высокоэффективного четырехволнового смешивания.
Хотя исследователи показали, что они реализовали свою инновацию в волноводах из нитрида кремния, такой подход может быть использован и на других платформах. “Используя дисперсию более высокого порядка, мы достигли беспрецедентной ширины полосы усиления более 300 нм в этих интегрированных волноводах со сверхнизкими потерями”, - заявили исследователи. По их мнению, будучи более экономичным, компактным и энергоэффективным, усилитель представляет собой масштабируемое решение для лазеров, позволяющее им работать на различных длинах волн. “Единая лазерная система, основанная на этом усилителе, может быть использована в нескольких областях. Она может быть применена в визуализации, голографии, спектроскопии, микроскопии, а также для определения характеристик материалов и компонентов на совершенно разных длинах волн”, - сказал Андрексон.