Він маленький. Дуже маленький.
Уявіть розмір головки сірника. Але при цьому його можливості перевищують його вагову категорію: він видає сплески енергії, які можна порівняти з потужними лабораторними установками на стільницях. Двадцять років залишалося фантазією. Святий Грааль. А тепер вчені справді його створили.
Це не просто можливо, це елегантно.
Тобіас Кіппенберг з EPFL (Швейцарська вища школа наук про матеріали та технології) не просто задоволений. Він вражений тим, що рішення весь час було перед очима, залишаючись непоміченим десятиліттями. У чому секрет? У поверненні до майбутнього. Або, якщо точніше, у поверненні до 1998 року.
Проблема мініатюризації
Фотонні чіпи – річ відмінна. Вони використовують світло замість електрики для обчислень. Швидко. Чи не гріються. Немає проблем із перегріванням, як у вашого ноутбука. Однак з високопотужними надшвидкими лазерами вони примхливі.
Чому? Через обмеження простору. Коли ви стискаєте світло в крихітних мікроскопічних хвилеводах – по суті, у мікроскопічних трубках для фотонів, світло починає взаємодіяти саме з собою. Виникає нестабільність. Імпульс розпадається. Починається хаос.
Сучасні фотонні чіпи не здатні впоратися з такою інтенсивністю. Фізика чинить опір.
Дослідники надійшли несподівано. Вони не намагалися пробити фізику «лоб у лоб» новими матеріалами чи складними фільтрами. Натомість вони звернулися до старої розробки — осцилятора Мамишева.
Його створив Павло Мамишев у Bell Labs. Потім він вийшов із моди і був забутий спільнотою інтегральної фотоніки на довгі роки. Принцип його роботи ґрунтується на специфічній архітектурі: нелінійний хвилевід, розташований між двома оптичними фільтрами.
У чому краса цього рішення? Імпульси високої інтенсивності розширюють свій спектр кольорів та вільно проходять через фільтри. Слабке світло — те саме, що викликає шум та дестабілізацію? Блокується. Це вбудований контролер. Результат – чистий високоенергетичний імпульс без громіздких додаткових компонентів, які необхідні для його стабілізації.
Чудо розміром з головку сірника
Сама лазерна порожнина, як і раніше, фізично довга — близько 16,5 дюймів. Неможливо зігнути оптоволокно, не розірвавши сигналу або не створивши плутанини.
Але на фотонному чипі? Ви просто витравлюєте шлях у вигляді спіралі. Вона закручується сама у собі.
Підсумковий розмір? Приблизно з голівкою сірника.
Це величезний крок для щільності компонування. Для пострілу потрібно всього 147 фемтосекунд – 147 квінтильйонних часток секунди. За цю мить виділяється 1,05 нанджоуля енергії. Цього достатньо, щоб конкурувати із системами, що займають цілі столи у дорогих лабораторіях.
І потім є питання ціни.
Стандартні надшвидкі лазери – дорогі звірі. Рідкісні. Складні у налаштуванні. Але це новий чіп заснований на кремнії. Це означає, що він виробляється так само, як процесор у вашому телефоні. Ви запускаєте пластину, і “поп” – понад тисячу лазерних порожнин за одну партію.
Набувають чинності ефекти масштабу. Ціна руйнується. Доступність злітає до неба.
Що далі?
Куди попрямують ці крихітні джерела енергії? Скрізь, куди вони раніше не містилися через свої габарити.
Уявіть портативні діагностичні прилади. Лікар у кишені може мати пристрій для складної медичної візуалізації, а не необхідність відправляти пацієнта в окрему кімнату зі свинцевою ізоляцією. Подумайте про портативні спектрометри для виявлення забруднень у річці чи полі без необхідності возити фургон з устаткуванням.
Або точніший атомний годинник. Компактні системи навігації. Швидкий оптичний зв’язок.
Технологія вже тут. Вона працює. Вона досить дешева у виробництві та досить компактна для перенесення. Епоха настільних надшвидких лазерів закінчена.
Залишається лише питання: куди ми встановимо їх далі.
