Het is klein. Echt klein.
Denk aan een matchhead klein. Maar hij overtreft zijn gewichtsklasse en levert uitbarstingen van energie die kunnen wedijveren met enorme laboratoriuminstallaties op tafel. Twintig jaar lang was dit de fantasie. De heilige graal. Nu hebben wetenschappers het daadwerkelijk gebouwd.
“Het is niet alleen mogelijk, het is elegant.”
Tobias Kippenberg, van EPFL, is niet alleen maar blij. Hij is onder de indruk dat het antwoord in het volle zicht verborgen lag en tientallen jaren over het hoofd werd gezien. De truc? Terug naar de toekomst. Nou ja, terug naar 1998.
Het probleem met klein
Fotonische chips zijn geweldig. Ze gebruiken licht in plaats van elektriciteit om te computeren. Snel. Koel. Geen hitteproblemen zoals uw oververhitte laptop. Maar ze zijn kieskeurig met krachtige, ultrasnelle lasers.
Waarom? Beperking. Je perst licht in kleine microscopisch kleine golfgeleiders – eigenlijk microscopisch kleine buisjes voor fotonen – en het licht begint met zichzelf te knoeien. Het wordt onstabiel. De pols breekt. Er ontstaat chaos.
De huidige fotonische chips kunnen de intensiteit niet aan. De natuurkunde vecht terug.
Dus deden de onderzoekers iets onverwachts. Ze probeerden de natuurkunde niet bruut te forceren met nieuwe materialen of complexe filters. Ze keken naar een oud ontwerp genaamd de Mamyshev-oscillator.
Het is gemaakt door Pavel Mamyshev van Bell Labs. Het raakte uit de mode. Jarenlang genegeerd door de geïntegreerde fotonica-menigte. Het berust op een specifieke architectuur: een niet-lineaire golfgeleider ingeklemd tussen twee optische filters.
Hier is de schoonheid ervan. Pulsen met hoge intensiteit breiden hun kleurbereik uit. Ze passeren dwars door de filters. Zwak licht: het spul dat lawaai en destabilisatie veroorzaakt? Geblokkeerd. Het is een ingebouwde poortwachter. Het resultaat is een zuivere, krachtige puls zonder de extra omvangrijke componenten die gewoonlijk nodig zijn om deze te stabiliseren.
Het Matchhead-wonder
De laserholte zelf is fysiek nog steeds lang: ongeveer 45 centimeter. Je kunt glasvezelkabel niet vouwen zonder het signaal te verbreken of er een puinhoop van te maken.
Maar op een fotonische chip? Je etst het pad gewoon in een spiraal. Het vouwt zichzelf op.
De uiteindelijke voetafdruk? Ongeveer zo groot als een luciferkop.
Dat is een enorme winst voor de dichtheid. Het duurt 147 femtoseconden (147 biljardsten van seconden) om te vuren. In dat oogwenk levert hij 1,05 nanojoule. Genoeg energie om te concurreren met systemen die hele bureaus in dure laboratoria in beslag nemen.
En dan zijn er nog de kosten.
Standaard ultrasnelle lasers zijn prijzige beesten. Zeldzaam. Complex om uit te lijnen. Maar deze nieuwe chip is op silicium gebaseerd. Dat betekent dat het precies zo wordt vervaardigd als de CPU in uw telefoon. Je voert de wafer uit, en poef – meer dan duizend laserholtes in één batch.
De schaalvoordelen treden in werking. De prijzen storten in. De bereikbaarheid schiet omhoog.
Wat nu?
Waar gaan deze kleine krachtpatsers naartoe? Overal zijn ze momenteel te groot om te gaan.
Stel je eens voor: draagbare diagnostische hulpmiddelen. Een arts zou geavanceerde medische beeldvorming in haar zak kunnen hebben, en niet in een aparte, met lood omzoomde kamer. Denk aan draagbare spectrometers voor het detecteren van verontreinigende stoffen in een rivier of een veld, zonder dat je een busje vol apparatuur nodig hebt.
Of betere atoomklokken. Kleinere navigatiesystemen. Snellere optische communicatie.
De technologie is er. Het werkt. Het is goedkoop genoeg om te maken en klein genoeg om mee te nemen. Het tijdperk van de ultrasnelle desktoplaser is voorbij.
Het is alleen de vraag waar we ze vervolgens neerzetten.
