Nuevo láser compacto, rápido y potente inventado

Nuevo láser compacto, rápido y potente inventado

Láseres compactos rápidos y potentes: un nuevo VCSEL para centros de datos y sensores de próxima generación. Crédito: Volker Sorger / GWU

Los investigadores inventan un nuevo láser emisor de superficie de cavidad vertical, los caballos de batalla de los centros de datos y los sensores ópticos.

Resumen

Investigadores de la Universidad George Washington han desarrollado un nuevo diseño de láser emisor de superficie de cavidad vertical (VCSEL) que demuestra un ancho de banda temporal récord. Esto fue posible mediante la combinación de múltiples cavidades acopladas transversalmente, lo que mejora la retroalimentación óptica del láser. Los VCSEL han surgido como un enfoque vital para realizar interconexiones ópticas de alta velocidad y de eficiencia energética en centros de datos y supercomputadoras.

La situación

Los VCSEL son una clase vital de diodos láser semiconductores que acompañan a un resonador láser monolítico que emite luz en una dirección perpendicular a la superficie del chip. Esta clase de láseres está ganando importancia en el mercado debido a su tamaño compacto y alto rendimiento optoelectrónico. Como láseres miniaturizados, se utilizan como fuente óptica en comunicaciones de alta velocidad y longitud de onda corta y redes de datos ópticos. El tráfico denso y la transmisión de alta velocidad son requisitos clave para las aplicaciones de sensores inteligentes en la automoción o en las comunicaciones de datos, que están habilitadas por VCSEL compactos y de alta velocidad. Sin embargo, el ancho de banda de 3 dB, conocido como límite de velocidad de los VCSEL, está limitado por efectos térmicos, resistencia parásita, capacitancia y efectos de ganancia no lineal.

La solución

La modulación directa de los VCSEL no puede superar los 30 GHz debido a los efectos de amplificación óptica no lineal conocidos como oscilaciones de relajación de ganancia. Esta invención presenta un nuevo y revolucionario diseño VCSEL. Dado que la retroalimentación dentro del láser debe manejarse con cuidado, los investigadores introdujeron un enfoque de retroalimentación múltiple mediante la combinación de múltiples cavidades acopladas. Esto les permitió fortalecer la retroalimentación conocida como «luz lenta», extendiendo así el ancho de banda temporal del láser (velocidad) más allá del límite conocido de la frecuencia de oscilación de relajación. La innovación es pionera porque la retroalimentación directa de cada cavidad solo necesita ser moderada y puede controlarse con precisión a través de las cavidades acopladas, lo que permite un mayor grado de libertad de diseño. Siguiendo este esquema de cavidad acoplada, se espera un ancho de banda de modulación resultante en el rango de 100 GHz.

De los investigadores

“Aquí presentamos un cambio de paradigma en el diseño láser. Utilizamos un enfoque novedoso de cavidades acopladas para controlar cuidadosamente la retroalimentación al láser lograda al reducir significativamente la velocidad de la luz del láser. Este enfoque de cavidad acoplada agrega un nuevo grado de libertad para el diseño láser, con oportunidades tanto en ciencia como en tecnología fundamentales ”.

– Volker Sorger, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad George Washington.

“Esta invención es oportuna ya que la demanda de servicios de datos está creciendo rápidamente y avanzando hacia redes de comunicación de próxima generación como 6G, pero también en automoción como sensor de proximidad o identificación facial de teléfonos inteligentes. Además, el sistema de cavidad acoplada allana el camino para aplicaciones emergentes en procesadores de información cuántica, como las máquinas Ising coherentes ”.

– Dr. Hamed Dalir, coautor del artículo e inventor de la tecnología

Referencia: “VCSEL hexagonal de cavidad acoplada transversal redefiniendo los láseres de alta velocidad” por Elham Heidari, Hamed Dalir, Moustafa Ahmed, Volker J. Sorger y Ray T. Chen, 15 de octubre de 2020, Nanofotónica.
DOI: 10.1515 / nanoph-2020-0437

Acerca de

Pilar Benegas es una reconocida periodista con amplia experiencia en importantes medios de USA, como LaOpinion, Miami News, The Washington Post, entre otros. Es editora en jefe de Es de Latino desde 2019.