לאחרונה, חוקרים מאוניברסיטת קולומביה בארצות הברית גילו באופן בלתי צפוי שיטה חדשה המסוגלת לייצר לייזרים ססגוניים על שבב בודד תוך פיתוח טכנולוגיית LiDAR. חידוש זה טומן בחובו הבטחה לחולל מהפכה במרכזי נתונים ותקשורת על ידי אספקת מקורות אור מהירים, נקיים ויעילים יותר.
לפני מספר שנים, צוות המחקר במעבדה של מיכל ליפסון התמקד בתכנון שבבי-ביצועים גבוהים המסוגלים לייצר אלומות חזקות יותר תוך חיפוש אחר שיפורים ב-LiDAR. חוקר פוסט-דוקטורט לשעבר אנדרס גיל-מולינה הסביר: "כשהגברנו ללא הרף את הספק הפלט של השבב, שמנו לב שהוא מייצר את מה שמכונה 'מסרק תדרים'." מסרק תדרים הוא אלומה ייחודית המורכבת ממספר רב של צבעים ברורים (תדרי אור) המסודרים במבנה קפדני, דומה למבנה קפדני. בספקטרום, כל צבע מופיע כ"שן" ברורה ובהירה המופרדת על ידי אזורים כהים, מה שמאפשר שידור בו-זמני של זרמי נתונים מרובים-כל שן פועלת כערוץ נתונים עצמאי.
בעבר, יצירת מסרקות תדרים עוצמתיות דרשה לייזרים ומגברים מגושמים ויקרים. המחקר האחרון מגלה כי ניתן להשיג כעת את אותו האפקט בתוך שבב. החוקר הראשי פרופסור ליפסון, מהמחלקה להנדסת חשמל ופיזיקה שימושית באוניברסיטת קולומביה, קבע: "למרכזי נתונים יש דרישה עצומה למקורות אור חזקים ויעילים הכוללים אורכי גל רבים. הטכנולוגיה שלנו הופכת לייזר חזק יחיד לעשרות ערוצי אותות באיכות גבוהה-. שבב בודד יכול להחליף שורות של מהירות אנרגיה ומערכת לייזר עצמאית, תוך חיסכון בעלויות אנרגיה עצמאיות של לייזר".
ליפסון הוסיף: "קידום פוטוניקת סיליקון הייתה המשימה שלנו. ככל שהטכנולוגיה הזו משתלבת יותר ויותר בתשתית הליבה ובחיי היומיום, פריצות דרך כאלה הן חיוניות להבטחת תפעול יעיל של מרכז הנתונים".
פריצת הדרך נבעה משאלה פשוטה: כמה חזק אנחנו יכולים להתאים לייזר על שבב? הצוות בחר בדיודות לייזר רב-מודות, בשימוש נרחב במכשירים רפואיים וחיתוך לייזר. בעוד שהלייזרים הללו מספקים אנרגיית אור עצומה, מצב האלומה שלהם הוא מאוד "לא מסודר", מה שהופך אותם לבלתי מתאימים ליישומים מדויקים. כדי לטפל בזה, הציגו החוקרים "מנגנון נעילה" הממנף את פוטוניקת הסיליקון כדי לטהר את פלט האלומה, מה שהופך אותו לנקי ויציב יותר-לתופעה המכונה "קוהרנטיות גבוהה" מבחינה מדעית. .
לאחר מכן, המאפיינים האופטיים הלא ליניאריים של השבב נכנסו לתוקף, ופיצלו לייזר יחיד בעוצמה גבוהה- לעשרות צבעים ברווחים שווים. זה יצר מקור אור יעיל וקומפקטי של מסרק תדרים המשלב את עוצמת הלייזרים התעשייתיים עם היציבות המדויקת הנדרשת לתקשורת וחישה ברמה גבוהה-.
עם צמיחה נפיצה בתחומים כמו בינה מלאכותית, העברת מידע פנימית בתוך מרכזי נתונים הפכה דחופה יותר ויותר. למרות שסיבים אופטיים נמצאים כיום בשימוש נרחב להעברת נתונים, לייזרים באורך גל בודד נשארים דומיננטיים. יכולת השידור המקבילה הרב--מתאפשרת על ידי מסרקות תדרים מאפשרת לעבד עשרות זרמי נתונים בו-זמנית בתוך סיב בודד, מה שמגביר משמעותית את יעילות ומהירות השידור. זה מחדיר מומנטום חדש לרשתות-מהירות ומערכות מחשוב מודרניות. חידוש זה לא רק מבטיח להניע את המיזעור והיעילות של מרכזי נתונים, אלא גם מוצא יישומים בספקטרומטרים ניידים, שעונים אופטיים, התקנים קוונטיים ומערכות LiDAR מתקדמות.
צוות המחקר קבע, "הטכנולוגיה הזו שואפת להביא מקורות אור ברמת מעבדה-בדרגה גבוהה-למכשירים מעשיים. אם מספיק חזק, יעיל וקומפקטי, היא יכולה להיות ישימה כמעט בכל תרחיש."
