Вертикально излучающий лазер установил рекорд скорости передачи данных

По мере перехода к петабайтным и далее объёмам информации скорость работы процессоров и ёмкость накопителей в очередной раз перегнали показатели передачи данных в сетях, создав «бутылочное» горлышко, затрудняющее внедрение множества приложений, включая те же облачные и пресловутые «большие данные».

Именно поэтому группа учёных из Иллинойсского университета в Урбане и Шампейне (США) под руководством Милтона Фэна (Milton Feng) разработала поверхностно излучающий (он же вертикально излучающий) лазер с вертикальным резонатором (VCSEL) на базе оксидов, с апертурой порядка 4 нм и пороговым током в 0,53 мА.

Фэй Тань, Монг-Кай Ву и Майкл Лю (слева направо), а также Милтон Фэн (впереди) создали самый скоростной на сегодня канал связи на вертикально излучающем лазере. (Фото L. Brian Stauffer.)

Что это и с чем его едят? Всё просто: если обычный полупроводниковый лазер создаёт излучение, параллельное плоскости кристалла полупроводника, то вертикально излучающий генерирует свет в направлении, перпендикулярном кристаллу. По сравнению с обычными лазерами у этого очень малая угловая расходимость луча и весьма симметричная диаграмма направленности выходного излучения. Кроме того, для вертикально излучающего устройства характерны стабильные температура и параметры излучения. Наконец, такие лазеры можно изготавливать сразу группами — на одной пластине. Особенно перспективны они для диапазона 850 нм, где их можно использовать для высокоскоростной оптоволоконной связи — на сегодня до 10 Гбит/с.

На тот же диапазон нацелен и новый лазер американских исследователей, вот только применение при его создании новых материалов и удачная конструкция новинки позволили добиться передачи данных со скоростью 40 Гбит/с!

Важно и то, что на протяжении часовой опытной передачи ни одной ошибки так и не было зарегистрировано. Благодаря малой расходимости луча и другим преимуществам вертикально излучающих лазеров энергоэффективность новой схемы оказалась куда выше, чем у нынешних стандартных систем оптоволоконной связи.

Увы, дальнейшее поле для роста скорости обмена данными ограничено квантовым пределом эффективности таких лазеров. Поэтому в ближайшей перспективе г-н Фэн и его коллеги надеются поднять скорость канала на вертикально излучающем лазере лишь до 60 Гбит/с. Кроме того, они хотят увеличить устойчивость устройства к нагреву: сейчас лазер хорошо работает лишь при комнатной температуре, но для дата-центров этого мало. И тем не менее, считают разработчики, уже сегодня новинка чрезвычайно близка к внедрению: «Оксидный вертикально излучающий лазер уже стал индустриальным стандартом в этой области. Весь мир соревнуется в наращивании скорости и эффективности такой связи, поэтому наша технология — именно то, что нужно», — уверен Милтон Фэн.

Зачем могут понадобиться скорости порядка 40–60 Гбит/с? Исследователи отмечают, что если большинству приложений хватает нынешней проворности интернет-каналов, то для телеметрии, телемедицины и удалённых вычислений в облаке этого мало. Та же телемедицина требует передачи огромных массивов информации от датчиков, следящих за состоянием здоровья больного, равно как и трансляции высококачественного видеопотока врачу, находящемуся часто за сотни и тысячи километров. В таких областях у сверхвысоких скоростей обмена данными просто нет альтернатив, подчёркивают конструкторы устройства.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале IEEE Photonics Technology Letters.

Подготовлено по материалам Иллинойсского университета в Урбане и Шампейне. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Источник: Компьютерра