Ученые создали оптическую беспроводную систему на основе чипа, которая передает данные со сверхвысокой скоростью, потребляя при этом примерно вдвое меньше энергии, чем обычный Wi-Fi. Технология использует свет вместо радиоволн и предназначена для разгрузки перегруженных сетей, особенно в помещениях с высокой плотностью пользователей.
Современные беспроводные системы работают на радиочастотах, которые сталкиваются с ограничениями по пропускной способности, помехам и энергопотреблению. Новая оптическая система решает эти проблемы за счет передачи данных посредством света. Она не создает помех для радиосистем, может быть точно направлена и обеспечивает значительный рост пропускной способности.
В основе разработки лежит компактный чип с массивом из 5 × 5 вертикально-резонаторных лазеров с поверхностным излучением (VCSEL). Такие лазеры уже широко используются в центрах обработки данных. Благодаря параллельной работе нескольких источников света система значительно увеличивает общую пропускную способность по сравнению с одним лазером.
При тестировании были активны 21 лазер, каждый из которых передавал данные со скоростью от 13 до 19 гигабит в секунду. Суммарная скорость достигла 362,7 гигабит в секунду на дистанции два метра в свободном пространстве. Это один из самых высоких показателей среди оптических беспроводных передатчиков на базе микросхем. В системе используется метод модуляции с разделением на частотные каналы, а исследователи отмечают, что скорость может быть еще выше с более быстрыми приемниками.
Для управления несколькими световыми лучами и предотвращения перекрытия сигналов команда разработала специальную оптическую систему. Массив микролинз выравнивает свет от каждого лазера, а дополнительные элементы распределяют лучи по структурированной сетке. Тесты показали более 90-процентную равномерность освещения целевой зоны на расстоянии двух метров, что позволяет направлять разные лучи разным пользователям в одном помещении.
В многопользовательском режиме с четырьмя одновременными соединениями система поддерживала стабильную связь с суммарной скоростью около 22 гигабит в секунду. Энергоэффективность составляет примерно 1,4 наноджоуля на бит — это вдвое меньше, чем у сопоставимых технологий Wi-Fi.
Разработка не предназначена для замены существующих сетей, а должна дополнять их. Технологию можно использовать в офисах, домах и общественных местах для разгрузки радиосистем и обеспечения более быстрых и эффективных соединений.
Читайте также: «Оптические торнадо» в жидких кристаллах стали стабильным источником энергии для лазеров».