Das Team entwickelte eine neue Methode zur Erzeugung extrem stabiler Lichtsignale mithilfe mikroskopischer, ringförmiger Bauelemente, sogenannter Mikroresonatoren. Diese Signale bilden optische Frequenzkämme, die aufgrund ihrer gleichmäßig verteilten Lichtfarben, mit denen sich Licht mit außergewöhnlicher Präzision messen lässt, auch als optische Lineale bezeichnet werden.
Die Forscher demonstrierten zudem einen neuartigen Lichtimpuls, ein sogenanntes „hyperparametrisches Soliton“. Dieser stabile Impuls ist der Schlüssel zum bedeutenden Fortschritt dieser Arbeit, da er die Erzeugung von Kammsignalen in verschiedenen Lichtfarben des Lasers ermöglicht, der das Gerät mit Strom versorgt.
Dadurch eignet sich die Technologie für optische Hochgeschwindigkeitskommunikation, die eine entscheidende Rolle beim Datentransfer (in Rechenzentren) spielt.
Die Forscher demonstrierten dies in einem Wellenlängenbereich, der für Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen in großen Rechenzentren genutzt wird – ein Bereich von wachsender Bedeutung, da der Datenbedarf mit dem Ausbau der KI-Computing-Infrastruktur stetig steigt.
Welche potenziellen Auswirkungen hat diese Forschung?
Rechenzentren benötigen enorme Energiemengen, um die vielfältigen Aufgaben zu erfüllen, die wir von ihnen verlangen. Dieser Bedarf steigt rasant, unter anderem aufgrund des stetig wachsenden Einsatzes von KI. Laut dem irischen Zentralamt für Statistik (CSO) entfielen im Jahr 2024 22 % des gesamten Stromverbrauchs auf Rechenzentren – mehr als auf alle städtischen Haushalte zusammen (18 %). Ihr Stromverbrauch stieg zudem jährlich um 10 %.
Angesichts der zunehmenden Abhängigkeit von Rechenzentren und deren Energiebedarf kann jede technologische Innovation, die die Effizienz verbessert, einen echten Einfluss auf die Reduzierung des Stromverbrauchs haben und dazu beitragen, ehrgeizige Ziele zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen zu erreichen.
Professor John Donegan, Lehrstuhlinhaber für Physik am Trinity College Dublin und Fellow des CONNECT Research Ireland Centre for Future Networks, sagte: „Wir freuen uns sehr, eine neue Art von optischer Quelle entwickelt zu haben, die für alle, die im Bereich der optischen Kommunikation und hochpräzisen optischen Messungen arbeiten, von großem Interesse sein wird.“
„In Zusammenarbeit mit einem führenden Optiktheoretiker der Universität Bath und dem weltweit führenden Hersteller von Mikroresonatoren in der Schweiz konnte meine Gruppe eine neuartige Kammquelle demonstrieren.“
„Unsere Arbeit profitiert zudem von der Kooperation mit Pilot Photonics, einem Spin-off-Unternehmen der DCU, das hochpräzise Laser und Kammquellen für die optische Kommunikation entwickelt. Wir gehen davon aus, dass dies erst der Anfang ist und sich unsere Arbeit in den kommenden Jahren deutlich weiterentwickeln wird.“
Wie könnte diese Arbeit zur nächsten Generation optischer Netze führen?
„Moderne Glasfasernetze übertragen große Datenmengen, indem sie viele verschiedene Lichtfarben durch eine einzige Glasfaser senden – ein Verfahren, das als Wellenlängenmultiplex (WDM) bekannt ist“, ergänzte Professor Donegan.
„Optische Frequenzkämme können jedoch viele dieser Farben aus einer einzigen Lichtquelle erzeugen und so potenziell separate Laserarrays ersetzen. Durch die Vereinfachung des Systemdesigns bei gleichzeitiger Verbesserung von Effizienz und Stabilität könnten kammbasierte Technologien zu entscheidenden Komponenten für zukünftige Rechenzentrumsnetze und Hochleistungs-Internetinfrastrukturen werden.“
Diese Forschung wurde von Research Ireland, dem britischen Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), dem CONNECT Centre, der Royal Society und den Zhejiang Innovation and Entrepreneurship Leading Teams gefördert.
