Jest mały. Bardzo mały.
Wyobraź sobie wielkość główki zapałki. Ale przewyższa swoją klasę wagową, zapewniając wybuchy energii porównywalne z konfiguracjami laboratoryjnymi o dużej mocy. Przez dwadzieścia lat pozostawało to w sferze fantazji. Święty Graal. A teraz naukowcy faktycznie go stworzyli.
„To nie tylko możliwe, ale i eleganckie.”
Tobias Kippenberg z EPFL (Szwajcarska Szkoła Nauki i Technologii Materiałów) jest nie tylko zadowolony. Jest zdumiony, że rozwiązanie przez cały czas było przed jego oczami i pozostawało niezauważone przez dziesięciolecia. Jaki jest sekret? W powrocie do przyszłości. A dokładniej powrót do roku 1998.
Problem miniaturyzacji
Chipy fotoniczne to świetna rzecz. Do wykonywania obliczeń wykorzystują światło zamiast prądu. Szybko. Nie nagrzewają się. Żadnych problemów z przegrzaniem, takich jak laptop. Jednak w przypadku ultraszybkich laserów o dużej mocy są kapryśne.
Dlaczego? Ze względu na ograniczenia przestrzenne. Kiedy skompresujesz światło w maleńkie mikroskopijne falowody – zasadniczo mikroskopijne rurki dla fotonów – światło zaczyna oddziaływać ze sobą. Powstaje niestabilność. Impuls rozpada się. Zaczyna się chaos.
Obecne chipy fotoniczne nie są w stanie wytrzymać takiego natężenia. Fizyka stawia opór.
Naukowcy zrobili coś nieoczekiwanego. Nie próbowali bezpośrednio łamać fizyki za pomocą nowych materiałów lub skomplikowanych filtrów. Zamiast tego zwrócili się ku staremu rozwiązaniu – oscylatorowi Mamysheva.
Został stworzony przez Pavela Mamysheva w Bell Labs. Potem wyszło z mody i na wiele lat zostało zapomniane przez społeczność fotoniki zintegrowanej. Jego zasada działania opiera się na specyficznej architekturze: nieliniowym falowodzie umieszczonym pomiędzy dwoma filtrami optycznymi.
Na czym polega piękno tego rozwiązania? Impulsy o dużej intensywności poszerzają spektrum kolorów i swobodnie przechodzą przez filtry. Czy słabe światło jest tym, które powoduje hałas i destabilizację? Zablokowany. Jest to wbudowany kontroler. Rezultatem jest czysty, wysokoenergetyczny impuls bez nieporęcznych dodatkowych elementów zwykle potrzebnych do jego stabilizacji.
Cud wielkości główki zapałki
Sama wnęka lasera jest nadal fizycznie długa i ma około 16,5 cala. Nie ma możliwości zagięcia światłowodu bez zerwania sygnału lub spowodowania zamieszania.
Ale na chipie fotonicznym? Po prostu wytrawiasz ścieżkę w formie spirali. Zwija się w sobie.
Ostateczny rozmiar? Mniej więcej wielkości główki zapałki.
To ogromny krok w stronę gęstości upakowania. Do wyzwolenia potrzeba zaledwie 147 femtosekund – 147 trylionowych części sekundy. W tym momencie zostaje uwolnione 1,05 nanodżuli energii. To wystarczy, aby konkurować z systemami zajmującymi całe stoły w drogich laboratoriach.
Do tego dochodzi kwestia ceny.
Standardowe ultraszybkie lasery to drogie bestie. Rzadki. Trudne do skonfigurowania. Ale ten nowy chip jest oparty na krzemie. Oznacza to, że jest produkowany dokładnie tak samo, jak procesor w Twoim telefonie. Odpalasz płytę i wyskakuj — w jednej partii znajduje się ponad tysiąc wgłębień laserowych.
W grę wchodzą efekty skali. Cena spada. Dostępność gwałtownie rośnie.
Co dalej?
Gdzie pójdą te maleńkie źródła energii? Wszędzie tam, gdzie wcześniej nie mieściły się ze względu na swój rozmiar.
Wyobraź sobie przenośne narzędzia diagnostyczne. Lekarz może mieć w kieszeni zaawansowane urządzenie do obrazowania medycznego, zamiast wysyłać pacjenta do prywatnego, izolowanego ołowiem pomieszczenia. Rozważ przenośne spektrometry do wykrywania zanieczyszczeń w rzece lub na polu bez konieczności ciągnięcia furgonetki wypełnionej sprzętem.
Albo dokładniejsze zegary atomowe. Kompaktowe systemy nawigacji. Szybka komunikacja optyczna.
Technologia już tu jest. Ona pracuje. Jest dość tani w produkcji i wystarczająco mały, aby go nosić. Era ultraszybkich laserów stacjonarnych dobiegła końca.
Pozostaje tylko pytanie, gdzie je następnie zainstalujemy.
