Diez años en el futuro. Eso es aproximadamente hasta dónde están llegando el profesor de ingeniería eléctrica e informática de UC Santa Bárbara, John Bowers, y su equipo de investigación con el reciente desarrollo de sus láseres de puntos cuánticos de modo bloqueado en silicio. Es una tecnología que no solo puede aumentar masivamente la capacidad de transmisión de datos de los centros de datos, futuras empresas de telecomunicaciones y productos de hardware de red, pero hazlo con alta estabilidad, bajo nivel de ruido y la eficiencia energética de la fotónica de silicio.

"El nivel de tráfico de datos en el mundo está aumentando mucho, muy rapido, "dijo Bowers, coautor de un artículo sobre las nuevas tecnologías en la revista Optica . Generalmente hablando, él explicó, la capacidad de transmisión y datos de la infraestructura de telecomunicaciones de vanguardia debe duplicarse aproximadamente cada dos años para mantener altos niveles de rendimiento. Eso significa que incluso ahora Las empresas de tecnología como Intel y Cisco deben poner su mirada en el hardware de 2024 y más allá para seguir siendo competitivas.

Ingrese al alto número de canales del Grupo Bowers, 20 gigahercios, láser de punto cuántico de modo bloqueado pasivamente, cultivado directamente, por primera vez, según el conocimiento del grupo, sobre un sustrato de silicio. Con una capacidad de transmisión probada de 4,1 terabit por segundo, se adelanta aproximadamente una década completa desde el mejor estándar comercial actual para la transmisión de datos, que actualmente alcanza los 400 gigabits por segundo en Ethernet.

La tecnología es el candidato de alto rendimiento más reciente en una técnica establecida llamada multiplexación por división de longitud de onda (WDM), que transmite numerosas señales paralelas a través de una única fibra óptica utilizando diferentes longitudes de onda (colores). Ha hecho posible la transmisión y la rápida transferencia de datos en las que confiamos para nuestras comunicaciones, entretenimiento y comercio.

La nueva tecnología de Bowers Group aprovecha varios avances en telecomunicaciones, fotónica y materiales con su láser de puntos cuánticos, un diminuto, Fuente de luz del tamaño de un micrón:que puede emitir una amplia gama de longitudes de onda de luz a través de las cuales se pueden transmitir datos.

"Queremos generar longitudes de onda más coherentes en una fuente de luz barata, "dijo Songtao Liu, investigador postdoctoral en el Bowers Group y autor principal del artículo. "Los puntos cuánticos pueden ofrecerle un amplio espectro de ganancia, y es por eso que podemos lograr muchos canales ". Su láser de punto cuántico produce 64 canales, espaciados a 20 GHz, y se puede utilizar como transmisor para aumentar la capacidad del sistema.

El láser se 'bloquea de modo' pasivamente, una técnica que genera 'peines' ópticos coherentes con espaciado de canal fijo, para evitar el ruido de la competencia de longitudes de onda en la cavidad del láser y estabilizar la transmisión de datos.

Esta tecnología representa un avance significativo en el campo de los circuitos integrados fotónicos y electrónicos de silicio, en el que el objetivo principal es crear componentes que utilicen luz (fotones) y guías de ondas, sin precedentes en cuanto a capacidad de datos y velocidad de transmisión, así como eficiencia energética, junto con electrones y cables, e incluso en lugar de ellos. El silicio es un buen material por la calidad de la luz que puede guiar y preservar. y por la facilidad y el bajo costo de su fabricación a gran escala. Sin embargo, no es tan bueno para generar luz.

"Si desea generar luz de manera eficiente, quieres un semiconductor de banda prohibida directa, "dijo Liu, refiriéndose a la propiedad estructural electrónica ideal para sólidos emisores de luz. "El silicio es un semiconductor de banda prohibida indirecta". El láser de punto cuántico de Bowers Group, cultivado en silicio molécula por molécula en las instalaciones de nanofabricación de UC Santa Bárbara, es una estructura que aprovecha las propiedades electrónicas de varios materiales semiconductores para el rendimiento y la función (incluidos sus huecos de banda directos), además de los conocidos beneficios ópticos y de fabricación del propio silicio.

Este láser de puntos cuánticos, y componentes como este, se espera que se conviertan en la norma en telecomunicaciones y procesamiento de datos, a medida que las empresas de tecnología buscan formas de mejorar su capacidad de datos y velocidades de transmisión.

"Los centros de datos ahora están comprando grandes cantidades de transceptores fotónicos de silicio, ", Señaló Bowers." Y pasó de la nada hace dos años ".

Desde que Bowers hace una década demostró el primer láser de silicio híbrido del mundo (un esfuerzo en conjunto con Intel), el mundo de la fotónica de silicio ha seguido generando una mayor eficiencia, tecnología de mayor rendimiento manteniendo una huella lo más pequeña posible, con miras a la producción en masa. El láser de punto cuántico sobre silicio, Bowers y Liu dicen:es tecnología de vanguardia que ofrece el rendimiento superior que se buscará para los dispositivos futuros.

"Estamos disparando muy lejos "dijo Bowers, quien ocupa la Cátedra Fred Kavli en Nanotecnología, "que es lo que debería hacer la investigación universitaria".