Он маленький. Очень даже маленький.
Представьте размер головки спички. Но при этом его возможности превышают его весовую категорию: он выдает всплески энергии, сопоставимые с мощными лабораторными установками на столешницах. Двадцать лет это оставалось фантазией. Святым Граалем. А теперь ученые действительно его создали.
«Это не просто возможно, это элегантно».
Тобиас Киппенберг из EPFL (Швейцарская высшая школа наук о материалах и технологиях) не просто доволен. Он поражен тем, что решение все время находилось перед глазами, оставаясь незамеченным десятилетиями. В чем же секрет? В возврате к будущему. Или, если точнее, в возврате к 1998 году.
Проблема миниатюризации
Фотонные чипы — вещь отличная. Они используют свет вместо электричества для вычислений. Быстро. Не греются. Нет проблем с перегревом, как у вашего ноутбука. Однако с высокомощными сверхбыстрыми лазерами они капризны.
Почему? Из-за ограничения пространства. Когда вы сжимаете свет в крошечных микроскопических волноводах — по сути, в микроскопических трубках для фотонов, — свет начинает взаимодействовать сам с собой. Возникает нестабильность. Импульс распадается. Начинается хаос.
Современные фотонные чипы не способны справиться с такой интенсивностью. Физика сопротивляется.
Исследователи поступили неожиданно. Они не пытались пробить физику «лоб в лоб» новыми материалами или сложными фильтрами. Вместо этого они обратились к старой разработке — осциллятору Мамышева.
Его создал Павел Мамышев в Bell Labs. Затем он вышел из моды и был забыт сообществом интегральной фотоники на долгие годы. Принцип его работы основан на специфической архитектуре: нелинейный волновод, расположенный между двумя оптическими фильтрами.
В чем красота этого решения? Импульсы высокой интенсивности расширяют свой спектр цветов и свободно проходят через фильтры. Слабый свет — тот самый, который вызывает шум и дестабилизацию? Блокируется. Это встроенный контролер. Результат — чистый высокоэнергетический импульс без громоздких дополнительных компонентов, обычно необходимых для его стабилизации.
Чудо размером с головку спички
Сама лазерная полость по-прежнему физически длинная — около 16,5 дюймов. Невозможно согнуть оптоволокно, не разорвав сигнал или не создав путаницы.
Но на фотонном чипе? Вы просто вытравливаете путь в виде спирали. Она закручивается сама в себя.
Итоговый размер? Примерно с головку спички.
Это огромный шаг для плотности компоновки. Для выстрела требуется всего 147 фемтосекунд — 147 квинтиллионных долей секунды. За этот миг выделяется 1,05 нанджоуля энергии. Этого достаточно, чтобы конкурировать с системами, занимающими целые столы в дорогостоящих лабораториях.
И затем есть вопрос цены.
Стандартные сверхбыстрые лазеры — дорогие звери. Редкие. Сложные в настройке. Но этот новый чип основан на кремнии. Это означает, что он производится точно так же, как процессор в вашем телефоне. Вы запускаете пластину, и поп — более тысячи лазерных полостей за одну партию.
Вступают в силу эффекты масштаба. Цена рушится. Доступность взлетает до небес.
Что дальше?
Куда направятся эти крошечные источники энергии? Везде, куда они ранее не помещались из-за своих габаритов.
Представьте портативные диагностические приборы. У врача в кармане может быть устройство для сложной медицинской визуализации, а не необходимость отправлять пациента в отдельную комнату со свинцовой изоляцией. Подумайте о портативных спектрометрах для обнаружения загрязнений в реке или на поле без необходимости возить фургон с оборудованием.
Или более точные атомные часы. Компактные навигационные системы. Быстрая оптическая связь.
Технология уже здесь. Она работает. Она достаточно дешевая в производстве и достаточно компактная для переноски. Эра настольных сверхбыстрых лазеров закончена.
Остается лишь вопрос: куда мы установим их дальше.
