Światło wykonuje mnóstwo ciężkiej roboty we współczesnym życiu – telewizory, satelity, światłowody, dzięki którym czytasz to zdanie. Teraz fizycy ze Stanforda wymyślili, jak dodać światłu trochę extra mocy bez palenia rachunków za prąd. Zbudowali wzmacniacz optyczny mniej więcej wielkości opuszka palca, który może wzmocnić sygnały świetlne około 100 razy, zużywając przy tym zaledwie kilkaset miliwatów.

Dla kontekstu, wzmacniacze optyczne działają jak wzmacniacze audio – tyle że wzmacniają światło, a nie sąsiednią playlistę z basem. Tradycyjne kompaktowe wersje mają tendencję do pożerania prądu, co czyni je mniej więcej tak wydajnymi jak bieżnia, która działa tylko pod górkę. Nowe urządzenie, opisane w czasopiśmie „Nature”, omija ten problem, odzyskując większość energii potrzebnej do działania.

„Po raz pierwszy zademonstrowaliśmy prawdziwie wszechstronny, niskomocowy wzmacniacz optyczny, który może pracować w całym spektrum optycznym i jest na tyle wydajny, że można go zintegrować na chipie” – powiedział Amir Safavi-Naeini, główny autor badania i profesor nadzwyczajny fizyki na Stanfordzie. W tłumaczeniu: możemy teraz budować znacznie bardziej złożone systemy optyczne niż dotychczas, a nie będą one potrzebować własnej elektrowni.

Wzmacniacz utrzymuje szum na minimalnym poziomie – nikt nie chce syczącego sygnału – i działa w szerszym zakresie długości fal niż istniejące modele, co oznacza, że może przenosić więcej danych z mniejszymi zakłóceniami. Sekretny sos polega na rezonansowej konstrukcji, która wysyła światło z powrotem na siebie, jak foton robiący okrążenia na torze wyścigowym. Światło pompy krąży, staje się bardziej intensywne i wzmacnia docelowy sygnał wydajniej.

„Dzięki odzyskiwaniu energii pompy, która zasila ten wzmacniacz, uczyniliśmy go bardziej wydajnym, a nie odbywa się to kosztem innych jego właściwości” – powiedział Devin Dean, współpierwszy autor i doktorant w laboratorium Safavi-Naeiniego. Ponieważ urządzenie jest kompaktowe i energooszczędne, może działać na baterii i być upchnięte w laptopach, smartfonach lub innych małych urządzeniach elektronicznych.

„Kiedy możesz to zrobić, możliwości są naprawdę szerokie, ponieważ są tak małe, że można je masowo produkować i zasilać bateriami” – powiedział Dean. Potencjalne zastosowania obejmują komunikację danych, biosensorykę i tworzenie nowych źródeł światła – w zasadzie wszystko, co mogłoby skorzystać z silniejszego sygnału bez większej wtyczki.

Badania były wspierane przez Defense Advanced Research Projects Agency, NTT Research oraz National Science Foundation. Współautorami są również Taewon Park, Martin Fejer, Hubert Stokowski, Sam Robison, Alexander Hwang, Luke Qi i Jason Herrmann. Dean, Park, Safavi-Naeini i Stokowski złożyli wniosek patentowy dotyczący metod osiągania przewagi kwantowej w czujnikach fotonowych o ograniczonej mocy.

Materiały dostarczone przez Stanford University. Uwaga: Treść może być edytowana pod kątem stylu i długości.