Международная группа физиков при ведущем участии специалистов Университета Лафборо представила разработку, способную изменить будущее телекоммуникаций. Они продемонстрировали работу оптического микрочипа, сопоставимого по габаритам с обычным зерном риса. Это устройство способно генерировать упорядоченный спектр световых частот — так называемую «радугу», которую человеческий глаз увидеть не способен. В перспективе эта технология позволит транслировать данные через сети шестого поколения (6G) со скоростью, значительно превышающей текущие стандарты, а также обеспечит беспрецедентную точность измерения времени, необходимую для работы квантовых вычислительных систем.
В основе разработки лежит потребность современного мира в колоссальных объемах трафика. Доктор Люк Питерс из Исследовательского центра фотоники поясняет, что миллиметровые волны открывают перед инженерами широкое окно возможностей для передачи информации в высоком разрешении. Однако главным барьером всегда оставалась сложность генерации таких сигналов с требуемой степенью чистоты и стабильности.
Ключевым элементом системы выступает устройство под названием микрогребенка. Она формирует набор строго фиксированных частот света, которые специализированная антенна затем переводит в электромагнитные сигналы миллиметрового диапазона. Ранее подобные приборы могли выдавать лишь одну точную частоту за раз. Создание целого набора каналов одновременно требовало исключительной устойчивости сигнала, чего было трудно достичь в компактном формате.
Ученые решили эту задачу, изменив архитектуру прибора. Вместо того чтобы просто удерживать лазерный луч внутри крошечного резонатора на чипе, они направили его по замкнутому контуру, объединив сам чип с длинной петлей оптического волокна. Свет непрерывно циркулирует между обеими частями установки. Как отмечает доктор Питерс, такая схема позволяет световым состояниям эффективно накапливаться и поддерживать стабильность самостоятельно. Система оказалась поразительно живучей: во время тестов она продолжала работать без сбоев, даже когда исследователи прыгали рядом с лабораторным столом.
Еще одним важным достижением стала возможность тонкой настройки генерируемого спектра. Физики научились усиливать или ослаблять отдельные частоты в созданной ими «радуге». При этом высокая точность сохраняется и после преобразования света в радиосигналы. Такая гибкость критически важна, так как разным задачам требуются разные комбинации волн. Помимо связи, это управление пригодится в высокоточной радиолокации, спектроскопии материалов и астрономических наблюдениях.
На текущем этапе вся установка занимает место на рабочем столе, но авторы уверены, что будущие итерации можно будет сжать до размеров обувной коробки. Это делает технологию привлекательной для космической отрасли, где каждый грамм веса и сантиметр пространства имеют значение. Кроме того, команда уже сотрудничает с Национальной физической лабораторией Великобритании и Центром квантового ориентирования, навигации и тайминга. Специалисты проверяют предел точности своей системы, сравнивая ее с эталонными часами. Успех этого направления позволит перенести возможности массивных атомных часов в миниатюрные устройства для гражданского и военного позиционирования.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Изображение: ИИ / Университет Лафборо
