Je malý. Velmi malé.
Představte si velikost hlavičky zápalky. Ale převyšuje svou hmotnostní třídu a poskytuje výbuchy energie srovnatelné s vysoce výkonnými laboratorními zařízeními na pracovní desce. Dvacet let to zůstalo jen fantazií. Svatý grál. A nyní ji vědci skutečně vytvořili.
“Je to nejen možné, je to elegantní.”
Tobias Kippenberg z EPFL (Swiss School of Materials Science and Technology) je nejen potěšen. Je ohromen tím, že řešení měl celou dobu před očima a po desetiletí zůstal bez povšimnutí. Jaké je tajemství? V návratu do budoucnosti. Nebo přesněji návrat do roku 1998.
Problém miniaturizace
Fotonické čipy jsou skvělá věc. K provádění výpočtů používají místo elektřiny světlo. Rychle. Nezahřívají se. Žádné problémy s přehříváním jako u vašeho notebooku. S vysoce výkonnými a ultrarychlými lasery jsou však vrtošivé.
Proč? Kvůli prostorovým omezením. Když stlačíte světlo do malých mikroskopických vlnovodů – v podstatě mikroskopických trubic pro fotony – světlo začne interagovat samo se sebou. Vzniká nestabilita. Impuls se rozpadá. Chaos začíná.
Současné fotonické čipy nejsou schopny takovou intenzitu zvládnout. Fyzika odolává.
Vědci udělali něco neočekávaného. Nesnažili se lámat fyziku bezhlavě novými materiály nebo složitými filtry. Místo toho se obrátili ke starému vývoji – oscilátoru Mamyshev.
Vytvořil ji Pavel Mamyshev v Bell Labs. Poté vyšel z módy a integrovaná fotonická komunita ho na mnoho let zapomněla. Jeho princip fungování je založen na specifické architektuře: nelineární vlnovod umístěný mezi dvěma optickými filtry.
V čem je krása tohoto řešení? Pulzy vysoké intenzity rozšiřují své spektrum barev a volně procházejí filtry. Je slabé světlo to, které způsobuje šum a destabilizaci? Blokováno. Jedná se o vestavěný ovladač. Výsledkem je čistý, vysokoenergetický pulz bez objemných přídavných komponent, které jsou obvykle potřebné k jeho stabilizaci.
Zázrak velikosti zápalkové hlavičky
Samotná laserová dutina je stále fyzicky dlouhá asi 16,5 palce. Neexistuje způsob, jak ohnout optické vlákno, aniž by došlo k přerušení signálu nebo ke zmatení.
Ale na fotonickém čipu? Cestu jednoduše vyleptáte ve spirále. Stočí se do sebe.
Konečná velikost? O velikosti hlavičky zápalky.
To je obrovský krok pro hustotu balení. Vystřelení trvá pouhých 147 femtosekund – 147 kvintiliontin sekundy. Během tohoto okamžiku se uvolní 1,05 nanojoulů energie. To stačí na to, aby mohl konkurovat systémům, které zabírají celé stoly v drahých laboratořích.
A pak je tu otázka ceny.
Standardní ultrarychlé lasery jsou drahé bestie. Vzácný. Obtížné nastavení. Ale tento nový čip je založen na křemíku. To znamená, že je vyroben přesně jako procesor ve vašem telefonu. Zapálíte talíř a vyskočí v jedné dávce je přes tisíc laserových dutin.
Do hry vstupují efekty měřítka. Cena se hroutí. Dostupnost raketově roste.
Co bude dál?
Kam půjdou tyto drobné zdroje energie? Všude tam, kde se dříve kvůli své velikosti nevešly.
Představte si přenosné diagnostické nástroje. Lékař může mít v kapse sofistikované lékařské zobrazovací zařízení, než aby musel posílat pacienta do soukromé místnosti izolované olovem. Zvažte přenosné spektrometry pro detekci kontaminantů v řece nebo na poli, aniž byste museli tahat dodávku plnou vybavení.
Nebo přesnější atomové hodiny. Kompaktní navigační systémy. Rychlá optická komunikace.
Technologie už tu je. Ona pracuje. Je poměrně levná na výrobu a dostatečně malá na přenášení. Éra stolních ultrarychlých laserů skončila.
Jedinou otázkou zůstává, kam je nainstalujeme příště.
