Революционный компактный оптический усилитель обещает бесшумовую космическую и волоконную связь

Прорыв Чальмерс: усилитель Керра на чипе без избыточного шума

Исследователи Технологического университета Чальмерса разработали оптический усилитель, который, как они ожидают, будет революционизировать как космическую, так и волоконную связь. Новый усилитель предлагает высокую производительность, достаточно компактен для интеграции в чип всего в несколько миллиметров размера, и критически важно — не генерирует избыточный шум.

Оптическая связь: свет вместо радиоволн

Оптическая связь делает возможной передачу информации на очень большие расстояния. Технология полезна в ряде применений, таких как космическая связь и в волоконно-оптических кабелях для интернет-трафика.

С связью, основанной на свете, а не радиоволнах, мы могли бы, например, быстро отправлять высокоразрешающие изображения с Марса. Информация, переносимая лазерными лучами, могла быть отправлена с высокой скоростью от передатчика на планете к приёмнику на Земле или на Луне. Оптическая связь также позволяет нам использовать интернет по всему миру — будь то сигнал передаётся в волоконно-оптических кабелях под морским дном или беспроводно.

Проблема: усилители добавляют шум, деградируя сигнал

Поскольку свет — несущий информацию между двумя далекими точками — теряет мощность по пути, требуется большое количество оптических усилителей. Без усилителей до 99 процентов сигнала в волоконно-оптическом кабеле исчез бы в пределах 100 километров.

Хорошо известная проблема в оптической связи, однако, в том, что эти усилители добавляют избыточный шум, который значительно ухудшает качество сигнала, который вы хотите отправить или получить. Усиление света в проекте Чальмерса основано на принципе, известном как эффект Керра, который до сих пор является единственным известным подходом, усиливающим свет без причинения значительного избыточного шума. Принцип был продемонстрирован раньше, но никогда в таком компактном формате — предыдущие версии были слишком объёмными, чтобы быть полезными. Новый усилитель помещается в маленький чип всего в несколько миллиметров размера, по сравнению с предыдущими усилителями, которые были в несколько тысяч раз больше.

Преимущества: CW режим, редкое размещение, квантовые компьютеры, сенсоры, метрология

Дополнительно, новые усилители предлагают уровень производительности достаточно высокий, чтобы их можно было размещать реже, делая их более рентабельным вариантом. Они также работают в непрерывном волновом (CW) режиме, а не только в импульсном.

«Что мы демонстрируем здесь — это первая CW операция с экстремально низким шумом в компактном интегрированном чипе. Это даёт реалистичную возможность для практического использования в различных применениях. Поскольку возможно интегрировать усилитель в очень маленькие модули, можно получить более дешёвые решения с намного лучшей производительностью, делая это очень интересным для коммерческих игроков в долгосрочной перспективе», — сказал профессор Питер Андрексон. «Это может иметь множество практических применений, не только в связи, но в областях, включая квантовые компьютеры, различные сенсорные системы и в метрологии при проведении атмосферных измерений со спутников для мониторинга Земли».