Mühendisler, tesadüfen geliştirdikleri bir çip sayesinde güçlü bir gökkuşağı lazer demeti oluşturmayı başardı. Bu küçük lakin tesirli buluş, yapay zekânın ürettiği devasa data ölçülerini çok daha süratli ve verimli bir halde taşımayı mümkün kılabilir. Yeni fotonik çip, endüstriyel seviyede bir lazer kaynağını hassas biçimde tasarlanmış bir optik devreyle birleştiriyor. Bu devre, ışığı biçimlendirip sabitleyerek onu eşit aralıklarla ayrılmış çok sayıda renge bölüyor.
Her bir renk bandı, kendine mahsus bir optik frekansı temsil ediyor ve bu frekanslar bağımsız bilgi akışlarını taşıyabiliyor. Bu sayede, mevcut fiber optik ağlara kıyasla datalar çok daha süratli ve güç verimli bir formda iletilebiliyor. Olağanda bu “gökkuşağı etkisi” ya da teknik ismiyle frekans tarağı, büyük ve değerli lazer sistemleriyle elde edilebiliyor. Lakin araştırmacılar, aslında lidar teknolojisini geliştirmeye çalışırken, bu güçlü fotonik sistemi tek bir küçük çipe sığdırmanın yolunu büsbütün tesadüfen keşfetti.
Lidar teknolojisi, lazer darbeleriyle arayı ölçüyor ve objelerden geri dönen ışığın mühletini tahlil ediyor. Takım, daha güçlü ve uzak aralıkları ölçebilen lazerler üretmeye çalışırken, ışığın tabiatıyla farklı renklere ayrıldığını fark etti.
Frekans tarağı nedir?
Frekans tarağı, optik spektrum boyunca eşit aralıklarla dizilmiş çok sayıda renk (veya frekans) içeren özel bir lazer ışığı çeşidi. Spektrogram üzerinde bu frekanslar, bir tarağın dişlerini andıran sivri uçlar halinde görünür. Her “dişin” zirve noktası, bağımsız bilgi taşıyabilen sabit ve kesin tanımlanmış bir dalga uzunluğunu temsil eder. Bu dalga uzunlukları hem frekans hem faz bakımından senkronize olduklarından birbirine karışmazlar. Böylelikle, tek bir fiber optik çizgi üzerinden birden fazla bilgi akışı tıpkı anda iletilebilir.
Bilim insanları bu etkiyi fark ettikten sonra, onu denetimli biçimde tekrar üretmenin bir yolunu geliştirdi. Akabinde, ışığın mikrometre ölçeğinde dalga kılavuzlarından geçtiği silikon bir çip üzerinde bu sistemi hayata geçirdiler. (Bir mikrometre, bir milimetrenin binde biri, yani bir insan saçının yaklaşık yüzde biri kadar genişlikte.) Araştırma sonuçları 7 Ekim’de Nature Photonics mecmuasında yayımlandı. Çalışmanın değeri, bilhassa yapay zekâ sistemlerinin bilgi merkezlerine getirdiği ağır kaynak talebi göz önüne alındığında daha da artıyor.
Xscape Photonics’in baş mühendisi ve Columbia Engineering eski araştırmacısı olan çalışmanın ortak müellifi Andres Gil-Molina, şunları söylüyor: “Veri merkezleri, çok sayıda dalga uzunluğu içeren güçlü ve verimli ışık kaynaklarına büyük muhtaçlık duyuyor. Geliştirdiğimiz teknoloji, tek bir güçlü lazeri onlarca pak ve yüksek güçlü kanala dönüştürüyor. Bu da farklı ayrı lazer sistemlerini tek bir kompakt aygıtla değiştirmemizi, maliyetleri düşürmemizi, yerden tasarruf etmemizi ve çok daha süratli, güç verimli sistemler kurmamızı sağlıyor.”
Çip üzerinde gökkuşağı
Araştırmacılar, bir frekans tarağını çip üzerinde oluşturabilmek için yüksek güçlü lakin kompakt bir lazer kaynağı bulmak zorundaydı. Tahlil, tıbbi aygıtlarda ve lazer kesim aletlerinde sıkça kullanılan çok modlu lazer diyotları oldu. Bu diyotlar güçlü ışınlar üretebiliyor lakin ışığın “düzensiz” yapısı, kullanılabilir hale gelmesi için stabilize edilmesini gerektiriyordu. Takım, bu sorunu öz-enjeksiyon kilitleme (self-injection locking) isimli bir teknikle çözdü. Bu prosedür, ışığın küçük bir kısmını geri besleyerek lazeri filtreleyip sabitleyen rezonatörlerin çipe entegre edilmesini içeriyor.
Sonuçta ortaya çıkan lazer ışını hem güçlü hem de son derece kararlı hale geldi. Çip, bu sabitlenmiş lazeri çok renkli bir frekans tarağına dönüştürdü. Böylelikle, endüstriyel bir lazerin gücünü data iletimi ve algılama için gereken hassasiyetle birleştiren küçük lakin tesirli bir fotonik aygıt ortaya çıktı. Araştırmacılar, bu teknolojinin sırf bilgi merkezlerinde değil; taşınabilir spektrometrelerde, ultra hassas optik saatlerde, kompakt kuantum aygıtlarında ve gelişmiş lidar sistemlerinde de kullanılabileceğini belirtiyor. Gil-Molina bu durumu şöyle özetliyor: “Bu, laboratuvar seviyesindeki ışık kaynaklarını gerçek dünyadaki aygıtlara taşımakla ilgili. Şayet bu sistemleri gereğince güçlü, verimli ve küçük hale getirebilirsek, neredeyse her yerde kullanılabilirler.”
Not: Giriş görsel yapay zeka ile oluşturulmuştur. Gerçek çipi göstermemektedir.
