La tecnología de la información continúa progresando a un ritmo rápido. Sin embargo, las crecientes demandas de los centros de datos han llevado los sistemas de entrada y salida eléctrica a su límite físico, lo que ha creado un cuello de botella. Mantener este crecimiento requerirá un cambio en la forma en que construimos computadorasEl futuro es óptico.
En la última década, la fotónica ha proporcionado una solución al problema de ancho de banda de chip a chip en el mundo electrónico al aumentar la distancia de enlace entre servidores con mayor ancho de banda, mucha menos energía y menor latencia en comparación con las interconexiones eléctricas.
Un elemento de esta revolución, la fotónica de silicio, fue avanzado hace 15 años por la demostración de la tecnología de láser de silicio de UC Santa Bárbara e Intel. Esto ha provocado una explosión de este campo. Intel ahora está entregando millones de transceptores fotónicos de siliciopara centros de datos en todo el mundo
Un nuevo descubrimiento en la fotónica de silicio por una colaboración de UC Santa Bárbara, Caltech y el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana EPFL revela otra revolución en este campo. El grupo logró simplificar y condensar un sistema óptico complejo en un solo siliciochip fotónico. El logro, presentado en Naturaleza , reduce significativamente el costo de producción y permite una fácil integración con la producción tradicional de chips de silicio.
"Toda la Internet está impulsada por la fotónica ahora", dijo John Bowers, quien ocupa la Cátedra Fred Kavli en Nanotecnología en la Universidad de California en Santa Bárbara, dirige el Instituto de Eficiencia Energética del campus y dirigió el esfuerzo de investigación en colaboración.
A pesar del gran éxito de la fotónica en la red troncal de Internet, aún existen desafíos. La explosión del tráfico de datos impone un requerimiento creciente en la velocidad de datos que cada chip fotónico de silicio puede manejar. El uso de luz láser multicolor para transmitir información es la forma más eficientepara abordar esta demanda. Cuantos más colores láser, más información se puede transportar.
Sin embargo, esto plantea un problema para los láseres integrados, que pueden generar solo un color de luz láser a la vez. "Literalmente podría necesitar 50 o más láseres en ese chip para ese propósito", dijo Bowers. Y usar 50 láseres tiene unnúmero de inconvenientes. Es costoso y bastante ineficiente en términos de potencia. Además, la frecuencia de la luz que produce cada láser puede fluctuar ligeramente debido al ruido y al calor. Con múltiples láseres, las frecuencias pueden incluso desplazarse entre sí, como tempranolas estaciones de radio lo hicieron.
Una tecnología llamada "peines de frecuencia óptica" proporciona una solución prometedora para abordar este problema. Se refiere a una colección de frecuencias de luz láser igualmente espaciadas. Al trazar las frecuencias se revelan picos y caídas que se asemejan a un peine para el cabello, de ahí el nombre.Sin embargo, la generación de peines requería equipos voluminosos y costosos. Utilizando un enfoque fotónico integrado, el equipo de Bowers ha demostrado el generador de peines más pequeño del mundo, que resuelve todos estos problemas.
La configuración del sistema es bastante simple, que consiste en un láser de retroalimentación distribuido comercialmente y un chip fotónico de nitruro de silicio. "Lo que tenemos es una fuente que genera todos estos colores de un láser y un chip. Eso es lo importante de esto", Dijo Bowers.
La estructura simple conduce a una reducción significativa de escala, potencia y costo. Toda la configuración ahora cabe en un paquete más pequeño que una caja de cerillas, cuyo precio total y consumo de energía son más pequeños que los sistemas anteriores.
Además, la nueva tecnología también es mucho más conveniente de operar. Anteriormente, generar un peine estable había sido un esfuerzo complicado. Los investigadores tuvieron que modular la frecuencia y ajustar la potencia a la perfección para producir un estado de peine coherente, llamado solitón. Esono se garantizaba que el proceso generara ese estado cada vez. "El nuevo enfoque hace que el proceso sea tan fácil como encender la luz de una habitación", dijo el coautor Kerry Vahala, profesor de física aplicada y ciencia y tecnología de la información en Caltech.
"Lo que es notable sobre el resultado es la reproducibilidad con la que se pueden generar peines de frecuencia a pedido", agregó Tobias J. Kippenberg, profesor de física en EPFL, que proporcionó los chips fotónicos de nitruro de silicio de baja pérdida, una tecnología ya comercializada a través de LIGENTEC"Este proceso solía requerir un control elaborado en el pasado"
La magia detrás de todas estas mejoras radica en un fenómeno físico interesante. Cuando el láser de la bomba y el resonador están integrados, la interacción entre ellos forma un sistema altamente acoplado que se bloquea por autoinyección y genera simultáneamente "solitones", pulsos que circulan indefinidamentedentro del resonador y dan lugar a peines de frecuencia óptica. "Dicha interacción es la clave para generar directamente el peine y operarlo en estado de solitón", explicó el coautor Lin Chang, investigador postdoctoral en el laboratorio de Bowers.
Esta nueva tecnología tendrá un gran impacto en la fotónica. Además de abordar las demandas de las fuentes de luz multicolor en productos relacionados con la comunicación, también abre muchas nuevas oportunidades en muchas aplicaciones. Un ejemplo son los relojes ópticos, que proporcionanestándar de tiempo más preciso del mundo y tiene muchos usos, desde la navegación en la vida diaria hasta las mediciones de constantes físicas
"Los relojes ópticos solían ser grandes, pesados y caros", señaló Bowers, "y solo hay unos pocos en el mundo. Con la fotónica integrada, podemos hacer algo que pueda caber en un reloj de pulsera, y usted puede permitírselo".Las microcombinas ópticas integradas de bajo ruido permitirán una nueva generación de relojes ópticos, comunicaciones y sensores. Deberíamos ver receptores GPS más compactos y más sensibles que salen de este enfoque ".
Con todo, el futuro parece brillante para la fotónica. "Es el paso clave para transferir la tecnología de peine de frecuencia del laboratorio al mundo real", dijo Bowers. "Cambiará la fotónica y nuestra vida cotidiana".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por Harrison Tasoff. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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