Es ist klein. Wirklich klein.
Denken Sie an einen kleinen Streichholzkopf. Aber es übertrifft seine Gewichtsklasse und liefert Energiestöße, die mit massiven Tischlaborgeräten mithalten können. Zwanzig Jahre lang war dies die Fantasie. Der heilige Gral. Jetzt haben Wissenschaftler es tatsächlich gebaut.
„Das ist nicht nur möglich, es ist auch elegant.“
Tobias Kippenberg von der EPFL ist nicht nur glücklich. Er ist beeindruckt davon, dass die Antwort im Verborgenen lag und jahrzehntelang übersehen wurde. Der Trick? Zurück in die Zukunft. Nun, zurück ins Jahr 1998.
Das Problem mit Small
Photonische Chips sind großartig. Sie nutzen zum Rechnen Licht statt Strom. Schnell. Cool. Keine Hitzeprobleme wie bei einem überhitzten Laptop. Bei leistungsstarken ultraschnellen Lasern sind sie jedoch wählerisch.
Warum? Gefangenschaft. Man quetscht Licht in winzige mikroskopisch kleine Wellenleiter – im Grunde mikroskopisch kleine Röhren für Photonen – und das Licht fängt an, sich selbst zu zerstören. Es wird instabil. Der Puls bricht. Es entsteht Chaos.
Aktuelle photonische Chips können die Intensität nicht bewältigen. Die Physik wehrt sich.
Also taten die Forscher etwas Unerwartetes. Sie haben nicht versucht, die Physik mit neuen Materialien oder komplexen Filtern brutal zu erzwingen. Sie betrachteten ein altes Design namens Mamyshev-Oszillator.
Es wurde von Pavel Mamyshev bei Bell Labs erstellt. Es kam aus der Mode. Von der integrierten Photonik-Community jahrelang ignoriert. Es basiert auf einer bestimmten Architektur: einem nichtlinearen Wellenleiter, der zwischen zwei optischen Filtern angeordnet ist.
Hier ist das Schöne daran. Hochintensive Impulse erweitern ihr Farbspektrum. Sie passieren direkt die Filter. Schwaches Licht – das Zeug, das Lärm und Destabilisierung verursacht? Blockiert. Es handelt sich um einen eingebauten Gatekeeper. Das Ergebnis ist ein sauberer Hochleistungsimpuls ohne die besonders sperrigen Komponenten, die normalerweise zu seiner Stabilisierung erforderlich sind.
Das Matchhead-Wunder
Der Laserhohlraum selbst ist immer noch körperlich lang – etwa 16,5 Zoll. Sie können Glasfaserkabel nicht falten, ohne das Signal zu unterbrechen oder ein Durcheinander zu verursachen.
Aber auf einem photonischen Chip? Sie ätzen den Weg einfach spiralförmig ein. Es faltet sich in sich zusammen.
Der endgültige Fußabdruck? Etwa so groß wie ein Streichholzkopf.
Das ist ein großer Gewinn für die Dichte. Es dauert 147 Femtosekunden – 147 Billiardstel Sekunden –, um zu feuern. In diesem Augenblick liefert es 1,05 Nano-Joule. Genug Energie, um mit Systemen zu konkurrieren, die in teuren Laboren ganze Schreibtische belegen.
Und dann sind da noch die Kosten.
Standard-Ultrakurzpulslaser sind teure Monster. Selten. Komplex auszurichten. Aber dieser neue Chip basiert auf Silizium. Das bedeutet, dass es genau wie die CPU in Ihrem Telefon hergestellt wird. Sie lassen den Wafer laufen und puh – über tausend Laserkavitäten in einer Charge.
Die Skaleneffekte kommen zum Tragen. Der Preis stürzt ab. Die Zugänglichkeit steigt sprunghaft an.
Was nun?
Wohin gehen diese kleinen Kraftpakete? Überall sind sie derzeit zu groß, um dorthin zu gelangen.
Stellen Sie sich tragbare Diagnosegeräte vor. Ein Arzt könnte die fortschrittliche medizinische Bildgebung in der Tasche haben und nicht in einem separaten, mit Blei ausgekleideten Raum. Denken Sie an tragbare Spektrometer zum Nachweis von Schadstoffen in einem Fluss oder einem Feld, ohne dass ein Transporter voller Ausrüstung erforderlich ist.
Oder besser Atomuhren. Kleinere Navigationssysteme. Schnellere optische Kommunikation.
Die Technologie ist da. Es funktioniert. Es ist günstig in der Herstellung und klein genug zum Mitnehmen. Die Ära des Desktop-Ultrakurzpulslasers ist vorbei.
Es ist nur eine Frage, wo wir sie als nächstes platzieren.
