Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) разработали оптический усилитель, способный передавать данные в десять раз быстрее, чем современные системы. Технология, описанная в журнале Nature, не только решит проблему перегрузки сетей из-за роста интернет-трафика, но и откроет новые возможности в медицине, космической связи и лазерных технологиях.

Сегодня данные передаются через оптические кабели с помощью лазерных импульсов. Чтобы сигнал не искажался, используются усилители, от которых зависит пропускная способность сети. Современные аналоги работают с диапазоном около 30 нанометров, но новый чип охватывает 300 нанометров. Это похоже на замену узкого тоннеля широким мостом — поток информации увеличивается без потери качества.

Созданный учёными из Чалмерса оптический усилитель размером несколько сантиметров. Устройство напоминает миниатюрный чип с сетью тонких спиралевидных каналов, которые направляют лазерные импульсы с максимальной точностью и почти без потерь.
Источник: Chalmers University of Technology / Vijay Shekhawat

Устройство размером в несколько сантиметров изготовлено из нитрида кремния — материала, который эффективно проводит свет. Внутри чипа находятся спиралевидные каналы, направляющие световые волны с минимальными потерями. «Главное преимущество — сочетание рекордной ширины диапазона и низкого уровня помех. Это позволяет усиливать даже слабые сигналы, например, от спутников», — поясняет Питер Андрекссон, руководитель исследования.

Учёные разместили несколько усилителей на одном чипе, что упрощает масштабирование технологии. Такая конструкция позволит создавать лазеры, мгновенно переключающиеся между разными длинами волн. В медицине это улучшит диагностику: например, инфракрасный диапазон сможет детально показать ткани при поиске опухолей, а видимый — повысить точность лазерных операций. Кроме того, устройства станут компактнее и дешевле, заменяя сразу несколько специализированных приборов.

Сейчас чип работает в диапазоне 1400–1700 нанометров, который используется в интернет-коммуникациях. Однако изменив конструкцию каналов, его можно адаптировать для видимого света (400–700 нм) или инфракрасного излучения (2000–4000 нм). Это откроет путь к новым технологиям — от голографических дисплеев до неинвазивной хирургии.

Разработка уже прошла испытания в лаборатории университета, а первые применения ожидаются в ближайшие годы. Технологию внедрят сначала в интернет-инфраструктуру, чтобы справиться с ростом трафика от умных устройств и потоковых сервисов. Затем — в медицинское оборудование и исследовательские приборы. Учёные прогнозируют, что через 5–10 лет такие чипы станут основой не только быстрого интернета, но и точных методов ранней диагностики заболеваний.