Licht doet zwaar werk in het moderne leven - tv's, satellieten, de glasvezelkabels waarmee je deze zin leest. Nu hebben natuurkundigen van Stanford ontdekt hoe ze licht een extra boost kunnen geven zonder de energierekening op te jagen. Ze bouwden een optische versterker ter grootte van een vingertop die lichtsignalen ongeveer 100 keer kan versterken terwijl hij slechts een paar honderd milliwatt verbruikt.

Ter vergelijking: optische versterkers werken als audioversterkers - behalve dat ze licht versterken in plaats van de bas-zware playlist van je buurman. Traditionele compacte versies slurpen stroom, waardoor ze ongeveer zo efficiënt zijn als een loopband die alleen bergafwaarts werkt. Het nieuwe apparaat, beschreven in het tijdschrift Nature, omzeilt dit door een groot deel van de energie die het nodig heeft te recyclen.

"We hebben voor het eerst een echt veelzijdige, energiezuinige optische versterker gedemonstreerd, die over het hele optische spectrum kan werken en efficiënt genoeg is om op een chip te worden geïntegreerd," zei Amir Safavi-Naeini, senior auteur van de studie en universitair hoofddocent natuurkunde aan Stanford. Vertaling: we kunnen nu veel complexere optische systemen bouwen dan voorheen, en ze hebben geen eigen krachtcentrale nodig.

De versterker houdt de ruis tot een minimum - niemand wil een sissend signaal - en werkt over een breder golflengtebereik dan bestaande modellen, wat betekent dat hij meer gegevens kan vervoeren met minder interferentie. Het geheime ingrediënt is een resonant ontwerp dat licht terugkaatst op zichzelf, als een foton dat rondjes rent op een racebaan. Het pomplicht cirkelt rond, wordt intenser en versterkt het doelsignaal efficiënter.

"Door de energie van de pomp die deze versterker aandrijft te recyclen, hebben we hem efficiënter gemaakt, en dit gaat niet ten koste van zijn andere eigenschappen," zei Devin Dean, co-eerste auteur en promovendus in het lab van Safavi-Naeini. Omdat het apparaat compact en energiezuinig is, kan het op een batterij werken en worden ingebouwd in laptops, smartphones of andere kleine elektronica.

"Als je dat kunt doen, zijn de mogelijkheden echt heel breed omdat ze zo klein zijn dat je ze in massa kunt produceren en met batterijen kunt voeden," zei Dean. Potentiële toepassingen zijn onder meer datacommunicatie, biosensing en het maken van nieuwe lichtbronnen - eigenlijk alles dat een sterker signaal kan gebruiken zonder een grotere stekker.

Het onderzoek werd ondersteund door de Defense Advanced Research Projects Agency, NTT Research en de National Science Foundation. Co-auteurs zijn ook Taewon Park, Martin Fejer, Hubert Stokowski, Sam Robison, Alexander Hwang, Luke Qi en Jason Herrmann. Dean, Park, Safavi-Naeini en Stokowski hebben een patentaanvraag ingediend voor methoden om kwantumvoordeel te behalen in stroombeperkte fotonische sensoren.

Materiaal verstrekt door Stanford University. Let op: inhoud kan zijn bewerkt voor stijl en lengte.