Internet | Laser

Kaskádové lasery 1000× zrychlí internet. Z optického vlákna vymáčknou víc

Terahertzové frekvenční technologie prošly v posledních několika desetiletích pozoruhodným vývojem. A ještě aby ne, když je jejich vývoj motivován rozmanitou škálou potenciálních aplikací. Ať je to optická komunikace, spektroskopie s vysokým rozlišením anebo metrologie, všechny dychtivě touží po ještě vyšších frekvencích, než je tomu doposud.

Skupina vědců učinila ohromný průlom v kvantově kaskádové laserové technologii a dosáhla právě frekvencí terahertzů. Tímto ale dobré zprávy končí. Technologie totiž ještě potřebuje doladit, aby se mohla dostat na trh.

Technologie kvantově kaskádových laserů se nabízí nejen k použití u optických vláken, ale také u ultrarychlých bezdrátových komunikacích. Prezentovaný kvantově kaskádový laser (QCL) dokáže teoreticky přenášet data rychlostí 100 gigabitů za sekundu. To je stokrát rychleji, než dokáže (gigabitový) Ethernet, jež je v současnosti na většině základních desek, anebo tisíckrát rychleji než jeho starší kolega – Ethernet dodnes se honosící označením Fast (100 Mbit/s).

Jak kvantově kaskádové lasery fungují

Přestože princip laseru fyzikálně popsal Albert Einstein za první světové války v roce 1917, dlouho zůstával jen jako teoretický model. Vytvořit funkční prototyp se podařilo až v roce 1960 americkým výzkumníkům okolo Teodora Mainmana.

QLC historie nadělila podobně. Teoreticky o nich víme, že by mohly fungovat od 70. let, ale první demonstrace proběhla až v roce 1994 v Bellových laboratořích. Princip kaskádových laserů funguje odlišně než běžné polovodičové lasery, kdysi využívané v masovém měřítku například u optických médií CD, DVD či Blu-Ray. Dnes se s nimi kvůli skomírajícím prodejům setkáváme čím dál méně častěji.

Klepněte pro větší obrázek 
Přehled komerčně využívaných laserů

Dřívější lasery dokázaly emitovat pouze jednobarevné světlo. U CD se používá 650nm (červená barva) a v případě Blu-Ray disků pak ještě kratší vlnové délky, 405nm (barva fialová). Kvantově kaskádové lasery, jak může být bystrému oku patrné, tuhle hru mění. Kombinují více vlnových délek dohromady. Laicky používají světla více barev.

Fyzikálně fungují na principu tzv. kvantových přechodů. Prostředí, ve kterém k takovýmto jevům dochází, se skládá z neuvěřitelně tenkých vrstev polovodičů. Mezi nimi je jemná „nádrž“ o velikosti maximálně jednoho nanometru, kterou tvoří vrstvička galia a hliníků. V této „zdrži“ dochází ke kvantovým jevům. To znamená, že se zde elektrony dostávají do excitovaného stavu, ztrácejí energii a vyzařují fotony. Co je ale oproti jiným laserům jiné, je jev, že elektron nevyzařuje foton jen jednou, ale vícekrát za sebou.

Kaskádového jevu se pak dosahuje tak, že je elektron uzavřen v „kvantové pasti“ a tím, jak sestupuje v jednotlivých vrstvách, kaskádách, pokaždé emituje foton. Tenhle princip opakovaného vyzařování dělá kaskádové lasery mnohem výkonnější než všechny dosud známé lasery.

Tabulka – Jak rostly teoretické rychlosti u Wi-Fi:

Rok vydání

Teoretická maximální rychlost

Frekvence

IEEE Standard

1999 54 Mbitů/s 5 GHz 802.11a
1999 11 Mbitů/s 2,4 GHz 802.11b
2003 54 Mbitů/s 2,4 GHz 802.11g
2009 600 Mbitů/s 2,4 GHz a 5 GHz 802.11n
2014 1,3 Gbitů/s 2,4 GHz a 5 GHz 802.11ac
2019 12 Gbitů/s 2,4 GHz a 5 GHz 802.11ax

Potřebujeme „rychlejší světlo“

Posílání takto rychlých dat vyžaduje, aby byl laser velmi rychle modulován. Zapínání a vypínání musí probíhat přibližně 100 miliardkrát za sekundu. Vědci dost dlouho nedokázali vytvořit metodu, jak by se dalo takto rychlé modulace dosáhnout. Tým z Nottinghamské univerzity tvrdí, že našel způsob, jak ultrarychlou modulaci zajistit. Kombinují síly akustických a světelných vln.

Tým pomocí akustických vln ovlivňoval procesy probíhající uvnitř kaskádových „kvantových pastí“. Na výstupu bylo vidět, že světelný terahertzový výstup byl akustickou vlnou proměňován. Vědci tvrdí, že výsledky výzkumu otevírají novou oblast pro fyziku a samotné inženýrství, propojující spolu světy terahertzového zvuku a světelných vln a otevírající tak nový interdisciplinární přístup k problému.

Diskuze (29) Další článek: Milovníci barevného RGB podsvícení už si mohou pořídit i luxusní svítící kabel HDMI

Témata článku: Internet, Laser, Wi-Fi, Albert Einstein, Vlákno, Elektron, Jev, Fast, Frekvence, Foton, GHz, Optické vlákno, Bella, Princip, Nottinghamská univerzita


Určitě si přečtěte

Starlink podle betatesterů: Rychlejší a levnější než satelitní internet v Česku

Starlink podle betatesterů: Rychlejší a levnější než satelitní internet v Česku

** Reddit se začíná plnit zkušenostmi se Starlinkem ** Při přímé viditelnosti dá i 120 Mb/s ** Klasický satelitní internet už teď dalece překonává

Jakub Čížek | 41

10 míst na mapách Googlu, která nesmíte vidět. Nahradily je čtverečky

10 míst na mapách Googlu, která nesmíte vidět. Nahradily je čtverečky

** Deset míst, které nesmíte vidět ve webových mapách ** Jsou to letiště, základny i elektrárny ** Nejvíce míst tají Francie

Jakub Čížek | 21

Nejjednodušší cesta, jak nepřijít o data: nastavte si zálohování a zapomeňte

Nejjednodušší cesta, jak nepřijít o data: nastavte si zálohování a zapomeňte

** Přijít o důležitá data je jednodušší, než si umíte představit ** To, zda a jak snadno je získáte zpět, záleží především na vás ** Když si nastavíte zálohování, může to být otázka několik minut

Karel Kilián | 33

Fedora 33 prostě funguje. Linux si zaslouží dobýt laptop, je to ale asi opět marné

Fedora 33 prostě funguje. Linux si zaslouží dobýt laptop, je to ale asi opět marné

** Desktopový Linux funguje a vypadá stále lépe ** Fedora 33 není výjimkou ** Ve stínu Windows a macOS tu vyrostly skvělé alternativy

Jakub Čížek | 141


Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest mobilů do 5 500 Kč

Test levných herních notebooků

Hrajeme na Xbox Series X

Programy pro kontrolu dětí na počítači