Революционное оптическое устройство с минимумом энергии усиливает свет в 100 раз
Команда физиков Стэнфордского университета создала универсальный маломощный оптический усилитель, способный работать во всем оптическом спектре с минимальным энергопотреблением. Устройство потребляет всего несколько сотен милливатт энергии, при этом усиливая проходящий через него световой поток в 100 раз. Миниатюрность и высокая пропускная способность открывают отличные перспективы для интеграции устройства в смартфоны и ноутбуки, биосенсоры и портативные оптические технологии.
Как и другие типы таких устройств, оптические усилители обычно добавляют к усилению сигнала нежелательный шум. Новинка практически лишена этого недостатка, утверждает издание Phys. Разработка Стэнфордского университета добавляет как можно меньше шума. Кроме того, усилитель имеет более широкую полосу пропускания, чем нынешние аналоги, а это означает, что он может поддерживать больший оптический спектр и, следовательно, большую пропускную способность данных.
«Впервые мы продемонстрировали по-настоящему универсальный оптический усилитель с низким энергопотреблением, способный работать во всем оптическом спектре и достаточно эффективный, чтобы его можно было интегрировать в чип».
сказал Амир Сафави-Наини, старший автор исследования.
Прототип продемонстрировал усиление оптического сигнала примерно в 100 раз, используя всего лишь несколько сотен милливатт мощности – в несколько раз меньше, чем среднее потребление существующих усилителей сопоставимого размера. Эта эффективность в сочетании с небольшими размерами означает, что устройство может питаться от батарей и использоваться в портативной электронике, например в смартфонах.
Усилитель приводится в движение энергией, запасенной в «насосе» лучом света, и его эффективность зависит от интенсивности этого луча.
«Перерабатывая энергию накачки, питающую этот усилитель, мы сделали его более эффективным, и это не в ущерб другим его свойствам»,
объясняет Девин Дин, соавтор исследования.
Добиться этого команде помог эффект резонанса, который уже используется в лазерах с «рециркуляцией энергии». В усилителе свет накачки генерируется внутри резонатора — он циркулирует по замкнутому контуру и наращивает интенсивность, позволяя более эффективно усиливать целевой луч. Эта конструкция обеспечивает большую интенсивность при меньшей входной мощности.
