최근 미국 컬럼비아대학교 연구진이 LiDAR 기술을 개발하던 중, 단일 칩에서 다색 레이저를 생성할 수 있는 새로운 방법을 뜻밖에 발견했다. 이 혁신은 더 빠르고 깨끗하며 효율적인 광원을 제공함으로써 데이터 센터와 통신에 혁신을 가져올 것을 약속합니다.
몇 년 전, Michal Lipson 연구소 연구팀은 LiDAR 개선을 모색하면서 더 강한 빔을 생성할 수 있는 고성능 칩 설계에 집중했습니다. 전 박사후 연구원인 Andres Gil-Molina는 다음과 같이 설명했습니다. "칩의 출력 전력을 지속적으로 증가시키면서 '주파수 빗'이라고 알려진 현상이 생성되고 있음을 발견했습니다." 주파수 빗은 무지개의 구조와 유사하게 엄밀하고 등거리 패턴으로 배열된 다양한 고유 색상(광 주파수)으로 구성된 고유한 빔입니다. 스펙트럼에서 각 색상은 어두운 영역으로 구분된 뚜렷하고 밝은 '치아'로 나타나므로 여러 데이터 스트림을 동시에 전송할 수 있습니다.-각 치아는 독립적인 데이터 채널 역할을 합니다.
이전에는 강력한 주파수 빗을 생성하려면 부피가 크고 값비싼 레이저와 증폭기가 필요했습니다. 최신 연구에 따르면 이제 마이크로칩 내에서도 동일한 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났습니다. 수석 연구원인 컬럼비아 대학교 전기 공학 및 응용 물리학과의 Lipson 교수는 다음과 같이 말했습니다. "데이터 센터에는 다양한 파장을 포괄하는 강력하고 효율적인 광원에 대한 막대한 수요가 있습니다. 우리의 기술은 강력한 단일 레이저를 수십 개의 고품질 신호 채널로 변환합니다. 단일 칩은 독립형 레이저 장치 행을 대체하여 공간과 비용을 절약하는 동시에 시스템 속도와 에너지 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다."
Lipson은 "실리콘 포토닉스를 발전시키는 것이 우리의 사명이었습니다. 이 기술이 점점 더 핵심 인프라와 일상 생활에 통합됨에 따라 이러한 혁신은 효율적인 데이터 센터 운영을 보장하는 데 매우 중요합니다."라고 덧붙였습니다.
획기적인 발전은 다음과 같은 간단한 질문에서 비롯되었습니다. 칩에 얼마나 강력한 레이저를 장착할 수 있습니까? 팀은 의료 기기 및 레이저 절단에 널리 사용되는 다중 모드 레이저 다이오드를 선택했습니다. 이러한 레이저는 막대한 빛 에너지를 전달하지만 빔 상태가 매우 "무질서"하여 정밀 응용 분야에 적합하지 않습니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 실리콘 포토닉스를 활용하여 빔 출력을 정화하여 빔 출력을 더 깨끗하고 안정적으로 만드는 '잠금 메커니즘'을 도입했습니다.{2}}이는 과학적으로 '높은 일관성'이라고 알려진 현상입니다. .
그 후, 칩의 비선형 광학 특성이 적용되어 단일 고강도 레이저를 등거리 간격으로 배치된 수십 개의 색상으로 분할했습니다.{0}} 이를 통해 산업용 레이저의 강도와 고급 통신 및 감지에 필요한 정밀한 안정성을 결합한 효율적이고 컴팩트한 주파수 빗 광원이 탄생했습니다.-
인공지능 등 분야가 폭발적으로 성장하면서 데이터센터 내 내부 정보 전송이 점점 더 시급해지고 있다. 현재는 광섬유가 데이터 전송에 널리 사용되지만 단일-파장 레이저가 여전히 우세합니다. 주파수 빗으로 구현되는 다중-채널 병렬 전송 기능을 통해 단일 광섬유 내에서 수십 개의 데이터 스트림을 동시에 처리할 수 있어 전송 효율성과 속도가 크게 향상됩니다. 이는 고속 네트워크와 최신 컴퓨팅 시스템에 새로운 추진력을 불어넣습니다.- 이러한 혁신은 데이터 센터의 소형화 및 효율성을 촉진할 뿐만 아니라 휴대용 분광계, 광학 시계, 양자 장치 및 고급 LiDAR 시스템에도 적용됩니다.
연구팀은 "이 기술은 실험실 수준의 고성능 광원을 실제 장치에 적용하는 것을 목표로 합니다. 충분히 강력하고 효율적이며 컴팩트하다면 거의 모든 시나리오에 적용할 수 있습니다."라고 밝혔습니다.
