شکسته‌شدن مرزهای قدرت و سرعت لیزرها
با اختراع یک لیزر کوچک نوین، لیزرها پرتوان‌تر و سریع‌تر شدهاند، به این ترتیب مرزهای قدرت و سرعت لیزرها جابه‌جا شدند.
لیزرهای کوچک، سریع و قدرتمند: VCSEL جدید برای نسل بعدی مرکز داده و حسگرها .
محققان دانشگاه جورج واشنگتن لیزر جدیدی از نوع گسیلنده سطحی با کاواک عمودی [1](VCSEL)طراحی کردهاند که پهنای باند موقتی با ثبت سریع را نشان می دهد. این کار سبب شده است که ترکیب چندین کاواک جفت شده متقاطع، امکان‌پذیر شود و این امر پسخورد (فیدبک) نوری لیزر را افزایش میدهد. منابع نوری VCSEL در وهله اول به‌عنوان یک راهبرد حیاتی برای تحقق اتصال نوری کم مصرف و با سرعت بالا در مراکز داده و ابررایانهها پدید آمدهاند. منابع نوری گسیلنده سطحی با کاواک عمودی یک دسته مهم از لیزرهای نیمه‌هادی دیودی هستند که دارای تشدیدگر لیزری یکپارچه می‌باشند. این ساختار باعث می‌شود که این منابع نوری پرتوی نور را در جهت عمود بر سطح تراشه منتشر کنند. این گروه از لیزرها با توجه به اندازه کوچک و عملکرد بالای اپتوالکترونیکی‌شان در بازار اهمیت پیدا میکنند. از لیزرهای کوچک VCSEL به‌عنوان منبع نوری در ارتباطات و شبکههای داده نوری با سرعت بالا و طول موج کوتاه استفاده می‌شود. دستیابی به ترافیک زیاد و سرعت بالای انتقال داده‌ها از نیازهای اصلی حس‌گرهای هوشمند در خودرو یا ارتباطات دادهای است؛ تحقق این نیاز توسط VCSEL های کوچک و پرسرعت امکان‌پذیر می‌شوند. با این حال، پهنای باند dB 3، که به‌عنوان محدودیت سرعت VCSEL شناخته می‌شود، توسط اثرات حرارتی، مقاومت پارازیتی، ظرفیت و اثرات بهره غیرخطی محدود می‌شود.
مدولاسیون مستقیمVCSEL ها به دلیل اثرات تقویت نوری غیرخطی معروف به نوسانات آرامش بهره[2]، نمیتواند از حدود 30 گیگاهرتز فراتر رود. این اختراع یک انقلاب تازه در طراحی VCSEL ها را معرفی میکند. از آنجا که پسخورد درون لیزر باید به دقت مدیریت شود، محققان روشی را ارایه کردند که با ترکیب چندین کاواک بهم پیوسته، دارای چندپسخورد نوری است. این امر به آن‌ها امکان میدهد که پسخورد (فیدبک) معروف به “نور آرام” را تقویت کنند و بنابراین پهنای باند موقتی لیزر (سرعت) را از حد شناخته شده فرکانس نوسان آرامش بالاتر ببرند. این نوآوری بسیار شگفتآور است، زیرا فقط پسخورد مستقیم از هر کاواک باید متعادل باشد و میتوان آن را دقیقاً از طریق کاواکهای جفت شده کنترل کرد و به این ترتیب سطح بالاتری از درجات آزادی در طراحی امکان پذیر است. به دنبال این طرح، یک پهنای باند مدولاسیون، در محدوده 100 گیگاهرتز دور از انتظار نیست.
” ولکر سورگر [3]، دانشیار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه جورج واشنگتن میگوید:”در اینجا ما یک تغییر الگو در طراحی لیزر را معرفی می‌کنیم. ما از یک رویکرد جدید کاواک جفت شده برای کنترل بازخورد لیزر که باعث کاهش قابل توجه نور لیزر می‌شود، استفاده می‌کنیم. این رویکرد، درجات آزادی جدیدی را برای طراحی لیزر مورد استفاده در علوم لیزر و فناوری فراهم میکند”. دکتر حامد دلیر، نویسنده مشترک مقاله و یکی از مخترعان این فناوری میگوید: ظهور این اختراع به موقع است زیرا تقاضا برای خدمات داده به‌سرعت در حال رشد است و دنیا به سمت شبکههای ارتباطی نسل بعدی مانند G 6 گام برمیدارد. همچنین این اختراع در خودرو به عنوان حس‌گر مجاورت یا شناسه چهره در تلفنهای هوشمند کاربرد دارد. علاوه بر این، سیستم کاواک جفت شده دارای کاربردهای نوظهور در پردازنده‌های اطلاعات کوانتومی مانند دستگاه‌های همدوس اِیزینگ[4] است. “
منبع:
https://www.degruyter.com/view/journals/nanoph/9/16/article-p4743.xml
[1] Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser
[2] Gain Relaxation Oscillations
[3] Volker Sorger
[4] Ising