Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Columbia ở Mỹ đã bất ngờ phát hiện ra một phương pháp mới có khả năng tạo ra tia laser nhiều màu trên một con chip khi đang phát triển công nghệ LiDAR. Sự đổi mới này hứa hẹn sẽ cách mạng hóa các trung tâm dữ liệu và truyền thông bằng cách cung cấp các nguồn sáng nhanh hơn, sạch hơn và hiệu quả hơn.
Vài năm trước, nhóm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Michal Lipson đã tập trung vào việc thiết kế các chip hiệu suất cao có khả năng tạo ra chùm tia mạnh hơn đồng thời tìm kiếm các cải tiến LiDAR. Cựu nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Andres Gil{2}}Molina giải thích: "Khi chúng tôi liên tục tăng công suất đầu ra của con chip, chúng tôi nhận thấy nó đang tạo ra cái gọi là 'lược tần số'". Lược tần số là một chùm tia độc đáo bao gồm nhiều màu sắc riêng biệt (tần số ánh sáng) được sắp xếp theo mô hình chặt chẽ, cách đều, tương tự như cấu trúc của cầu vồng. Trên quang phổ, mỗi màu xuất hiện dưới dạng một "răng" sáng riêng biệt được phân tách bằng các vùng tối, cho phép truyền đồng thời nhiều luồng dữ liệu-mỗi răng hoạt động như một kênh dữ liệu độc lập.
Trước đây, việc tạo ra các lược tần số mạnh mẽ đòi hỏi phải có các bộ khuếch đại và laser cồng kềnh và đắt tiền. Nghiên cứu mới nhất tiết lộ rằng hiệu quả tương tự hiện có thể đạt được trong một vi mạch. Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Lipson, từ Khoa Kỹ thuật Điện và Vật lý Ứng dụng của Đại học Columbia, cho biết: "Các trung tâm dữ liệu có nhu cầu lớn về nguồn ánh sáng mạnh mẽ, hiệu quả bao gồm nhiều bước sóng. Công nghệ của chúng tôi biến đổi một tia laser mạnh mẽ duy nhất thành hàng chục kênh tín hiệu chất lượng cao. Một con chip duy nhất có thể thay thế hàng loạt thiết bị laser độc lập, tiết kiệm không gian và chi phí đồng thời tăng đáng kể tốc độ hệ thống và hiệu quả sử dụng năng lượng."
Lipson nói thêm: "Nâng cao quang tử silicon là sứ mệnh của chúng tôi. Khi công nghệ này ngày càng được tích hợp vào cơ sở hạ tầng cốt lõi và cuộc sống hàng ngày, những đột phá như vậy là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả của trung tâm dữ liệu."
Bước đột phá bắt nguồn từ một câu hỏi đơn giản: Chúng ta có thể lắp tia laser mạnh đến mức nào vào một con chip? Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn các điốt laser đa mode, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị y tế và cắt laser. Mặc dù những tia laser này cung cấp năng lượng ánh sáng cực lớn nhưng trạng thái chùm tia của chúng rất “mất trật tự”, khiến chúng không phù hợp cho các ứng dụng chính xác. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã giới thiệu một "cơ chế khóa" tận dụng quang tử silicon để làm sạch chùm tia phát ra, làm cho chùm tia phát ra sạch hơn và ổn định hơn-một hiện tượng được khoa học gọi là "độ kết hợp cao". .
Sau đó, các đặc tính quang học phi tuyến của chip phát huy tác dụng, phân tách một tia laser cường độ cao- thành hàng chục màu cách đều nhau. Điều này đã tạo ra nguồn ánh sáng lược tần số nhỏ gọn, hiệu quả, kết hợp cường độ của tia laser công nghiệp với độ ổn định chính xác cần thiết cho hoạt động liên lạc và cảm biến-cao cấp.
Với sự phát triển bùng nổ trong các lĩnh vực như trí tuệ nhân tạo, việc truyền tải thông tin nội bộ trong các trung tâm dữ liệu ngày càng trở nên cấp thiết. Mặc dù cáp quang hiện nay được sử dụng rộng rãi để truyền dữ liệu nhưng laser-bước sóng đơn vẫn chiếm ưu thế. Khả năng truyền song song đa kênh được hỗ trợ bởi lược tần số cho phép xử lý đồng thời hàng chục luồng dữ liệu trong một sợi quang, tăng cường đáng kể hiệu suất và tốc độ truyền. Điều này tạo động lực mới cho các mạng-tốc độ cao và hệ thống máy tính hiện đại. Sự đổi mới này không chỉ hứa hẹn thúc đẩy quá trình thu nhỏ và hiệu quả của các trung tâm dữ liệu mà còn tìm thấy các ứng dụng trong máy quang phổ cầm tay, đồng hồ quang học, thiết bị lượng tử và hệ thống LiDAR tiên tiến.
Nhóm nghiên cứu cho biết: "Công nghệ này nhằm mục đích đưa các nguồn ánh sáng hiệu suất-cao cấp{1}}trong phòng thí nghiệm vào các thiết bị thực tế. Nếu đủ mạnh, hiệu quả và nhỏ gọn, nó có thể áp dụng được trong hầu hết mọi tình huống."
