Mühendisler, laboratuvarda tesadüfen ortaya çıkan bir gelişmeyle, veri merkezlerinin hızla artan yapay zeka (YZ) verilerini yönetmesine yardımcı olabilecek, gökkuşağı renklerinde güçlü lazer ışınları yayan bir çip geliştirdi.
Yeni fotonik çip, hassas bir şekilde tasarlanmış optik bir devre ile eşleştirilmiş endüstriyel düzeyde bir lazer kaynağını içeriyor. Bu devre, ışığı şekillendirip stabilize ederek çok sayıda eşit aralıklı renge ayırıyor.
Her bir renk bandının kendi benzersiz veri akışını taşıyabilen bir optik frekansı temsil etmesi sayesinde, bu teknoloji veri merkezlerinin, tek dalga boylu lazer darbeleriyle veri ileten fiber gibi mevcut optik ağlardan çok daha hızlı ve verimli bir şekilde bilgi iletmesini sağlayabilir.
Bir 'frekans tarağı' olarak adlandırılan bu gökkuşağı etkisini oluşturmak genellikle büyük ve pahalı lazerler ve yükselticiler gerektirir. Ancak araştırmacılar, lidar (ışık algılama ve menzil belirleme) teknolojisini geliştirmeye çalışırken, bu güçlü fotonik teknolojiyi tek bir küçük çipe sığdırmanın bir yolunu keşfetti.
Lidar, bir cisme olan mesafeyi, lazer darbelerinin gidip geri dönme süresine göre ölçmek için lazer darbeleri kullanır. Daha uzaktan detaylı veri yakalayabilen daha güçlü lazerler üretmeye çalışırken, ekip çipin ışığı birden çok renge ayırdığını fark etti.
Frekans Tarağı Nedir?
Frekans tarağı, optik spektrum boyunca eşit aralıklarla dizilmiş çok sayıda renkten veya frekanstan oluşan bir lazer ışığı türüdür. Bir spektrogram üzerinde bu frekanslar, bir tarağın dişlerine benzeyen sivri uçlar olarak görünür.
Her bir 'dişin' zirvesi, diğerlerinden bağımsız olarak bilgi taşıyabilen kararlı, hassas bir şekilde tanımlanmış bir dalga boyunu temsil eder. Dalga boyları hem frekans hem de faz açısından kilitli olduğundan, yani zirveleri mükemmel bir şekilde hizalı kaldığından, birbirleriyle etkileşime girmezler. Bu, birden fazla veri akışının fiber optik kablo gibi tek bir optik kanal üzerinden paralel olarak seyahat etmesini sağlar.
Araştırmacılar, bu etkiyi tesadüfen keşfettikten sonra, onu kasıtlı ve kontrollü bir şekilde tekrarlayabilen bir yöntem geliştirdiler. Ayrıca bu teknolojiyi, ışığın insan saçı genişliğinin yaklaşık yüzbinde biri kadar olan mikrometreler genişliğindeki dalga kılavuzları boyunca seyahat ettiği bir silikon çipe sığdırdılar.
Ekip, bulgularını 7 Ekim'de Nature Photonics dergisinde yayınladı. Araştırmacılara göre, yapay zekanın veri merkezi altyapısı üzerindeki artan baskısı göz önüne alındığında, bu buluş özellikle önemli.
Araştırmanın ortak yazarlarından, Xscape Photonics baş mühendisi ve Columbia Mühendislik eski araştırmacısı Andres Gil-Molina, bir açıklamada şunları belirtti: "Veri merkezleri, çok sayıda dalga boyu içeren güçlü ve verimli ışık kaynakları için muazzam bir talep yarattı."
"Geliştirdiğimiz teknoloji, çok güçlü bir lazeri alıp bir çip üzerinde onlarca temiz, yüksek güçlü kanala dönüştürüyor. Bu, bireysel lazer raflarını tek bir kompakt cihazla değiştirebileceğiniz, maliyeti düşürebileceğiniz, yer kazandırabileceğiniz ve çok daha hızlı, daha enerji verimli sistemlerin yolunu açabileceğiniz anlamına geliyor."
Çip Üzerinde Gökkuşağı
Çip üzerinde bir frekans tarağı oluşturmak için araştırmacılar, kompakt bir fotonik devreye sığdırılabilen yüksek güçlü bir lazer bulmak zorundaydı. Sonunda, tıbbi cihazlarda ve lazer kesme aletlerinde yaygın olarak kullanılan çok modlu bir lazer diyotuna karar verdiler.
Araştırmacılar, çok modlu lazer diyotlarının güçlü lazer ışınları üretebildiğini ancak bu ışının 'karmaşık' olduğunu, yani araştırmacıların onu çalışabilir hale getirmek için ışığı iyileştirme ve stabilize etme yollarını bulmaları gerektiğini belirtti.
Bunu, çipe küçük bir miktar ışığı lazerin içine geri besleyen rezonatörler entegre eden 'kendi kendine enjeksiyon kilitleme' adı verilen bir teknik kullanarak başardılar. Bu, ışığı filtreleyip stabilize ederek hem güçlü hem de son derece kararlı bir ışın elde edilmesini sağladı.
Stabilize edildikten sonra çip, lazer ışınını çok renkli bir frekans tarağına ayırıyor. Bilim insanları, bunun endüstriyel bir lazerin gücünü veri iletimi ve algılama uygulamaları için gereken hassasiyetle birleştiren küçük ama verimli bir fotonik cihaz olduğunu ekledi.
Veri merkezlerinin ötesinde, yeni çip taşınabilir spektrometreler, ultra hassas optik saatler, kompakt kuantum cihazları ve hatta gelişmiş lidar sistemleri gibi uygulamalara olanak sağlayabilir.
Gil-Molina, "Bu, laboratuvar kalitesinde ışık kaynaklarını gerçek dünya cihazlarına getirmekle ilgili" dedi. "Onları yeterince güçlü, verimli ve küçük yapabilirseniz, onları neredeyse her yere yerleştirebilirsiniz."
