Ученые сравнили микролазеры для фотонных чипов

Специалисты Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге совместно с Лазерным институтом Академии наук Шаньдун в Китае впервые провели прямое сравнение быстродействия миниатюрных микродисковых лазеров, используя два различных способа их питания — оптический и электрический. В ходе исследования была установлена предельная скорость этих лазеров, которая имеет важное значение для разработки фотонных чипов, отличающихся высокой скоростью работы по сравнению с традиционными электронными чипами. Данная работа была опубликована в журнале Journal of Lightwave Technology.

С учетом стремительного развития искусственного интеллекта возникает острая необходимость в увеличении вычислительных мощностей. Одним из решений этой проблемы являются компактные фотонные интегральные схемы, которые передают сигнал с помощью света, что позволяет значительно увеличить скорость передачи данных и повысить устойчивость системы к различным помехам.

Как отметил Алексей Надточий, ведущий научный сотрудник лаборатории, команда разработала уникальную методику, которая позволяет детализировать сверхбыстрые процессы в лазере с точностью до 0,2 пикосекунды — это эквивалентно двум десятитриллионным долям секунды. Применяя преобразование Фурье, ученые смогли перевести сигналы в частотную область и сопоставить эффективность обоих режимов накачки на одной шкале, что ранее было невозможно из-за различий в методах измерений для каждого типа питания.

Максимальная скорость, достигнутая микролазером, составила 4,15 гигагерца, что ранее было невозможно определить в силу отсутствия необходимых данных. Исследования показали, что различия в быстродействии между оптической и электрической накачкой практически отсутствуют. По словам Алексея Надточия, полученные результаты могут ускорить процесс разработки фотонных чипов нового поколения. В будущем из таких микролазеров можно будет создать сеть оптически связанных элементов, функционирующих по принципу нейросети на одном чипе.

Микролазеры, размеры которых сопоставимы с размерами бактерий, представляют собой одно из ключевых направлений интегральной фотоники. Чем меньше и быстрее источник света, тем более компактными и производительными будут будущие чипы. Оптические соединения внутри процессоров имеют низкий уровень нагрева и меньше подвержены помехам, что делает их многообещающим решением для создания технологий, способных удовлетворить потребности все более требовательных систем искусственного интеллекта и дата-центров.

Читайте также: