Усилитель будущего: именно эта технология ускорит человечество

В мире, где данные растут как снежный ком, а интернет-трафик вот-вот удвоится к 2030 году, учёные нашли революционное решение, чтобы не дать нашей цифровой жизни захлебнуться в собственном потоке информации.

Команда исследователей создала лазерный усилитель нового поколения, способный передавать данные в десять раз быстрее, чем существующие системы. Это не просто эволюционный шаг — это настоящий прорыв в телекоммуникациях.

Сейчас информация передаётся по оптоволоконным кабелям (тончайшим стеклянным нитям) с помощью импульсов лазерного света. Пропускная способность — по сути, объём данных, который можно передать, — зависит от ширины полосы пропускания усилителя.

Чем шире полоса, тем больше информации можно "втиснуть" в сигнал. Проблема в том, что современные усилители работают в узком диапазоне — около 30 нанометров. Это серьёзное ограничение, ведь объём генерируемых человечеством данных растёт экспоненциально: стриминговые сервисы, умные устройства и ИИ "скармливают" сети всё больше терабайтов.

Сердце любой современной телекоммуникационной системы — лазерные усилители. Они работают за счёт вынужденного излучения: входящий фотон "заставляет" появиться второй, идентичный ему, фотон. Но до недавнего времени этот процесс был скован узкой полосой пропускания. Прорыв произошёл, когда исследователи создали усилитель на основе нитрида кремния — сверхпрочного керамического материала, способного выдерживать огромные температуры.

Новинка использует спиралевидные волноводы, которые направляют лазерные импульсы по замысловатому пути, устраняя помехи и многократно усиливая полезный сигнал. Именно такой подход позволил расширить полосу пропускания до 300 нанометров — в десять раз больше, чем у нынешних систем. Это не значит, что свет начал двигаться быстрее (скорость света — константа), но теперь по тому же "кабелю" идёт в десять раз больше данных.

По словам ведущего автора исследования, профессора Питера Андрексона из Технологического университета Чалмерса (Швеция), нынешние усилители "задыхаются" в своих 30 нанометрах, тогда как новая разработка уже сейчас справляется с диапазоном от 1400 до 1700 нанометров (коротковолновый инфракрасный свет). Но это только начало: следующим шагом станет адаптация усилителя для видимого света (400-700 нанометров) и более широкого инфракрасного диапазона (2000-4000 нанометров).

Самое интересное — практическое применение. Новый усилитель не заперт в лабораториях: его миниатюрная версия может революционизировать медицинскую визуализацию, голографию, спектроскопию и даже микроскопию.

По мнению Андрексона, небольшие доработки позволят использовать технологию в лазерной диагностике и лечении. Более широкая полоса пропускания означает более точный анализ тканей и органов, а значит, болезни можно будет выявлять на ранней стадии.

Фактически, исследователи открыли дверь в мир, где интернет не будет тормозить при загрузке 4K-видео, нейросети станут обрабатывать информацию мгновенно, а медики получат инструмент для спасения жизней.

Уточнения

Ла́зер — устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.