Pesquisadores da George Washington University desenvolveram um novo projeto de laser de emissão de superfície de cavidade vertical (VCSEL) que demonstra largura de banda temporal rápida. Isso foi possível combinando várias cavidades transversais acopladas, que melhora o feedback óptico do laser. Os VCSELs surgiram como uma abordagem vital para a realização de interconexões ópticas de alta velocidade e com eficiência energética em data centers e supercomputadores.

Os VCSELs são uma classe vital de diodos laser semicondutores que acompanham um ressonador laser monolítico que emite luz em uma direção perpendicular à superfície do chip. Essa classe de lasers está ganhando importância no mercado devido ao seu tamanho compacto e alto desempenho optoeletrônico. Como lasers miniaturizados, eles são usados ​​como uma fonte óptica em alta velocidade, comunicações de comprimento de onda curto e redes de dados ópticos. Tráfego denso e transmissão de alta velocidade são requisitos essenciais para aplicações de sensores inteligentes no setor automotivo ou em comunicações de dados, que são habilitados por VCSELs compactos e de alta velocidade. Contudo, a largura de banda de 3 dB, conhecido como limite de velocidade de VCSELs, é limitado por efeitos térmicos, resistência parasitária, efeitos de capacitância e ganho não linear.

A modulação direta de VCSELs não pode exceder cerca de 30 GHz devido aos efeitos de amplificação ótica não linear conhecidos como oscilações de relaxamento de ganho. Esta invenção apresenta um projeto novo e revolucionário de VCSEL. Como o feedback dentro do laser precisa ser gerenciado com cuidado, os pesquisadores introduziram uma abordagem de feedback múltiplo combinando várias cavidades acopladas. Isso permitiu que eles fortalecessem o feedback conhecido como "luz lenta, "estendendo assim a largura de banda do laser temporal (velocidade) além do limite conhecido da frequência de oscilação de relaxamento. A inovação é revolucionária porque o feedback direto de cada cavidade só precisa ser moderado e pode ser controlado com precisão por meio das cavidades acopladas, permitindo um maior grau de liberdade de design. Seguindo este esquema de cavidade acoplada, uma largura de banda de modulação resultante na faixa de 100 GHz é esperada.

"Aqui, introduzimos uma mudança de paradigma no design do laser. Utilizamos uma nova abordagem de cavidades acopladas para controlar cuidadosamente o feedback do laser obtido reduzindo significativamente a luz do laser. Esta abordagem de cavidade acoplada adiciona um novo grau de liberdade para o design do laser, com oportunidades em ciência e tecnologia fundamentais, "diz Volker Sorger, professor associado de engenharia elétrica e da computação na George Washington University.

"Esta invenção é oportuna, uma vez que a demanda por serviços de dados está crescendo rapidamente e avançando para redes de comunicação de próxima geração, como 6G, mas também no setor automotivo, como sensor de proximidade ou identificação facial de smartphone. Além disso, o sistema de cavidade acoplada abre caminho para aplicações emergentes em processadores de informação quântica, como máquinas de Ising coerentes, "acrescenta o Dr. Hamed Dalir, coautor no paper e inventor da tecnologia.