Uma descoberta fortuita abre novas perspectivas para os nossos sistemas de comunicação. Enquanto trabalhavam no aperfeiçoamento dos sistemas LiDAR, cientistas observaram um fenómeno inesperado que poderá revolucionar a nossa forma de transmitir informação.
A equipa do laboratório de Michal Lipson procurava inicialmente desenvolver chips capazes de produzir feixes luminosos mais intensos para aplicações LiDAR. Ao aumentar progressivamente a potência que atravessava os seus dispositivos, notaram o aparecimento espontâneo de um pente de frequências. Esta estrutura luminosa particular compõe-se de múltiplas cores perfeitamente espaçadas, semelhante aos dentes regulares de um pente. Cada frequência luminosa pode transportar o seu próprio fluxo de dados sem interferência com as outras, multiplicando assim as capacidades de transmissão.
Diagrama ilustrando o elemento difrativo separando espectralmente as riscas do pente de frequências de alta potência
Crédito: Laboratório Michal Lipson Até agora, a geração de pentes de frequências potentes exigia sistemas laser volumosos e dispendiosos. A inovação da equipa reside na integração completa desta funcionalidade num simples chip fotónico. Andres Gil-Molina, antigo investigador pós-doutoral no laboratório, salienta que esta tecnologia responde perfeitamente às necessidades crescentes dos centros de dados. Permite substituir racks inteiros de lasers individuais por um dispositivo único e compacto, oferecendo ganhos significativos em termos de eficiência energética e dimensões.
O desafio técnico principal consistia em dominar a luz produzida por díodos laser multimodo, conhecidos pela sua potência mas também pela sua falta de coerência. Os investigadores desenvolveram um mecanismo de bloqueio explorando as propriedades da fotónica em silício para purificar e estabilizar o feixe luminoso. Uma vez esta etapa realizada, as propriedades ópticas não lineares do chip entram em ação, dividindo o feixe único em múltiplas cores perfeitamente espaçadas.
Este avanço chega em boa hora face à explosão das necessidades de processamento de dados, particularmente com o desenvolvimento da inteligência artificial. Os centros de dados modernos já utilizam ligações por fibra óptica, mas a maioria funciona ainda com lasers de comprimento de onda único. A tecnologia do pente de frequências permite fazer circular dezenas de feixes paralelos na mesma fibra, retomando o princípio da multiplexagem por comprimento de onda que transformou a Internet nos anos 1990.
As aplicações potenciais ultrapassam largamente o domínio das telecomunicações. Estes chips fotónicos compactos poderão equipar espectrómetros portáteis, relógios ópticos de alta precisão, dispositivos quânticos miniaturizados e... sistemas LiDAR melhorados. Michal Lipson considera esta realização como uma etapa importante no desenvolvimento da fotónica em silício, uma tecnologia tornando-se essencial para a nossa infraestrutura digital quotidiana.
Fonte: Nature Photonics