Licht leistet im modernen Leben Schwerstarbeit – Fernseher, Satelliten, die Glasfaserkabel, die es dir ermöglichen, diesen Satz zu lesen. Jetzt haben Physiker der Stanford University herausgefunden, wie man Licht einen kleinen Extra-Kick verpassen kann, ohne die Stromrechnung in die Höhe zu treiben. Sie bauten einen optischen Verstärker in etwa Fingerspitzengröße, der Lichtsignale um etwa das 100-fache verstärken kann, während er nur ein paar hundert Milliwatt verbraucht.

Zum Vergleich: Optische Verstärker funktionieren wie Audioverstärker – nur dass sie Licht verstärken statt der basslastigen Playlist deines Nachbarn. Herkömmliche kompakte Versionen neigen dazu, Strom zu schlucken, was sie etwa so effizient macht wie ein Laufband, das nur bergab läuft. Das neue Gerät, beschrieben in der Fachzeitschrift Nature, umgeht dies, indem es einen Großteil der für den Betrieb benötigten Energie recycelt.

„Wir haben zum ersten Mal einen wirklich vielseitigen, stromsparenden optischen Verstärker demonstriert, der über das gesamte optische Spektrum arbeiten kann und effizient genug ist, um auf einem Chip integriert zu werden“, sagte Amir Safavi-Naeini, leitender Autor der Studie und außerordentlicher Professor für Physik in Stanford. Übersetzung: Wir können jetzt viel komplexere optische Systeme bauen als zuvor, und sie brauchen kein eigenes Kraftwerk.

Der Verstärker hält das Rauschen minimal – niemand will ein zischendes Signal – und arbeitet über einen größeren Wellenlängenbereich als bestehende Modelle, was bedeutet, dass er mehr Daten mit weniger Störungen transportieren kann. Die Geheimzutat ist ein resonantes Design, das Licht auf sich selbst zurückwirft, wie ein Photon, das Runden um eine Rennstrecke dreht. Das Pumplicht kreist, wird intensiver und verstärkt das Zielsignal effizienter.

„Durch das Recycling der Energie der Pumpe, die diesen Verstärker antreibt, haben wir ihn effizienter gemacht, und das geht nicht zu Lasten seiner anderen Eigenschaften“, sagte Devin Dean, Co-Erstautor und Doktorand in Safavi-Naeinis Labor. Da das Gerät kompakt und energieeffizient ist, könnte es mit einer Batterie betrieben und in Laptops, Smartphones oder andere kleine Elektronikgeräte eingebaut werden.

„Wenn man das kann, sind die Möglichkeiten wirklich breit gefächert, weil sie so klein sind, dass man sie in Massenproduktion herstellen und mit Batterien betreiben kann“, sagte Dean. Mögliche Anwendungen umfassen Datenkommunikation, Biosensorik und die Herstellung neuer Lichtquellen – im Grunde alles, was ein stärkeres Signal ohne größeren Stecker gebrauchen könnte.

Die Forschung wurde von der Defense Advanced Research Projects Agency, NTT Research und der National Science Foundation unterstützt. Zu den Co-Autoren gehören auch Taewon Park, Martin Fejer, Hubert Stokowski, Sam Robison, Alexander Hwang, Luke Qi und Jason Herrmann. Dean, Park, Safavi-Naeini und Stokowski haben eine Patentanmeldung für Verfahren eingereicht, die einen Quantenvorteil in strombegrenzten photonischen Sensoren ermöglichen.

Material bereitgestellt von der Stanford University. Hinweis: Der Inhalt kann aus Gründen des Stils und der Länge bearbeitet worden sein.