Table of Contents
Lebih Cerdas, Lebih Cepat, dan Lebih Efisien dalam Penguatan Sinyal
Sebuah amplifier optik baru sedang merevolusi industri. Berbeda dengan amplifier konvensional, terobosan berbasis chip ini memanfaatkan nonlinearitas optik daripada elemen tanah jarang, memungkinkan sinyal untuk memperkuat dirinya sendiri. Hasilnya? Sebuah perangkat kompak dengan kinerja tinggi dan bandwidth tiga kali lebih luas dibandingkan solusi tradisional.
Memperluas Batas Penguatan Optik
Jaringan komunikasi modern bergantung pada sinyal optik untuk mentransmisikan data dalam jumlah besar. Namun, seperti halnya sinyal radio yang lemah, sinyal optik perlu diperkuat agar dapat menempuh jarak jauh tanpa mengalami degradasi. Selama beberapa dekade, erbium-doped fiber amplifiers (EDFA) telah menjadi solusi standar untuk memperpanjang jangkauan transmisi tanpa perlu regenerasi sinyal yang sering. Meskipun efektif, EDFA hanya beroperasi dalam rentang spektral terbatas, yang membatasi pertumbuhan jaringan optik.
Dengan meningkatnya permintaan akan transmisi data berkecepatan tinggi—yang didorong oleh akselerator AI, pusat data, dan komputasi berkinerja tinggi—amplifier optik yang ada mulai menunjukkan keterbatasannya. Para peneliti kini mencari cara untuk mengembangkan amplifier yang lebih kuat, fleksibel, dan kompak guna memenuhi kebutuhan data yang terus meningkat.
Kebutuhan akan penguatan ultra-broadband, yang memungkinkan peningkatan sinyal dalam rentang panjang gelombang yang lebih luas, semakin mendesak. Sementara alternatif seperti amplifier Raman menawarkan beberapa peningkatan, teknologi ini tetap kompleks dan boros energi, sehingga menegaskan pentingnya solusi yang lebih efisien.
Terobosan dalam Penguatan Berbasis Chip
Kini, tim peneliti yang dipimpin oleh Tobias Kippenberg dari EPFL dan Paul Seidler dari IBM Research Europe – Zurich telah mengembangkan traveling-wave parametric amplifier (TWPA) berbasis chip fotonik yang mampu mencapai penguatan sinyal ultra-broadband dalam bentuk yang sangat ringkas. Dengan menggunakan teknologi gallium phosphide-on-silicon dioxide, amplifier baru ini mencapai net gain lebih dari 10 dB dalam bandwidth sekitar 140 nm—tiga kali lebih luas dibandingkan amplifier EDFA konvensional pada C-band.
Sebagian besar amplifier bergantung pada elemen tanah jarang untuk memperkuat sinyal. Sebaliknya, amplifier baru ini menggunakan nonlinearitas optik—properti di mana cahaya berinteraksi dengan material untuk memperkuat dirinya sendiri. Dengan merancang pandu gelombang spiral kecil secara hati-hati, para peneliti menciptakan ruang di mana gelombang cahaya dapat saling memperkuat, meningkatkan sinyal lemah sekaligus menjaga tingkat kebisingan tetap rendah. Metode ini tidak hanya membuat amplifier lebih efisien tetapi juga memungkinkannya bekerja dalam rentang panjang gelombang yang jauh lebih luas, semuanya dalam perangkat sekecil chip.
Artikel Lainnya : Pelatihan Teknisi Teknologi Perangkat Keras Komputer: Peluang Karier atau Tantangan Baru?
Kekuatan Gallium Phosphide
Tim peneliti memilih gallium phosphide karena sifat optiknya yang luar biasa. Pertama, material ini memiliki nonlinearitas optik yang kuat, yang memungkinkan gelombang cahaya yang melewatinya berinteraksi untuk meningkatkan kekuatan sinyal. Kedua, material ini memiliki indeks bias yang tinggi, memungkinkan cahaya untuk tetap terperangkap dalam pandu gelombang dengan lebih rapat, sehingga menghasilkan penguatan yang lebih efisien.
Dengan memanfaatkan gallium phosphide, para ilmuwan berhasil mencapai gain tinggi dengan pandu gelombang hanya sepanjang beberapa sentimeter, secara signifikan mengurangi ukuran amplifier dan menjadikannya lebih praktis untuk sistem komunikasi optik generasi berikutnya.
Kinerja dan Fleksibilitas Luar Biasa
Para peneliti mendemonstrasikan bahwa amplifier berbasis chip mereka dapat mencapai gain hingga 35 dB dengan tingkat kebisingan yang rendah. Selain itu, sinyal yang sangat lemah dapat diperkuat, dengan amplifier ini mampu menangani daya input dalam rentang lebih dari enam orde magnitudo. Karakteristik ini membuat amplifier ini sangat cocok untuk berbagai aplikasi di luar telekomunikasi, termasuk sensor presisi.
Amplifier ini juga meningkatkan kinerja optical frequency combs dan sinyal komunikasi koheren—dua teknologi utama dalam jaringan optik modern dan fotonika—menunjukkan bahwa sirkuit fotonik terintegrasi dapat melampaui sistem amplifikasi berbasis serat tradisional.
Era Baru untuk Komunikasi Optik dan Aplikasi Lainnya
Amplifier baru ini memiliki dampak luas bagi masa depan pusat data, prosesor AI, dan sistem komputasi berkinerja tinggi, yang semuanya dapat memperoleh manfaat dari transfer data yang lebih cepat dan efisien. Selain itu, aplikasinya tidak hanya terbatas pada transmisi data, tetapi juga mencakup sensor optik, metrologi, dan bahkan sistem LiDAR yang digunakan dalam kendaraan otonom.
Dengan terobosan ini, komunikasi optik memasuki era baru di mana efisiensi dan kecepatan semakin ditingkatkan, memungkinkan jaringan dan teknologi masa depan beroperasi dengan lebih optimal.
Baca Juga : Review: Captain America: The First Avenger
