211service.com
Časová rychlost objektivu Optická data
Vědci z Cornell University vyvinuli jednoduché křemíkové zařízení pro urychlení optických dat. Zařízení obsahuje křemíkový čip nazývaný časová čočka, délky optického vlákna a laser. Rozdělí datový tok kódovaný rychlostí 10 gigabitů za sekundu, spojí jej zpět a vydává stejná data rychlostí 270 gigabitů za sekundu. Urychlení přenosu optických dat obvykle vyžaduje hodně energie a objemnou, drahou optiku. Nový systém je energeticky účinný a je integrován na kompaktním křemíkovém čipu. Dalo by se použít k přesunu obrovského množství dat vysokou rychlostí přes internet nebo na optických čipech uvnitř počítačů.
Časový objektiv: Tento křemíkový čip, nazývaný časová čočka, je opatřený vlnovody, které rozdělují optické signály a kombinují je s laserovým světlem, aby se urychlila rychlost přenosu dat.
Většina dnešních telekomunikačních dat je kódována rychlostí 10 gigabitů za sekundu. Když se inženýři snažili rozšířit na větší šířku pásma, narazili na problém. Jak se dostanete k velmi vysokým přenosovým rychlostem, neexistují žádné snadné způsoby kódování dat, říká Alexander Gaeta , profesor aplikované a inženýrské fyziky na Cornell University, který vyvinul křemíkové zařízení s Michal Lipson , docent elektrotechniky a výpočetní techniky. Jejich práce je popsána online v časopise Fotonika přírody .
Nové zařízení by také mohlo být kritickým krokem ve vývoji praktických optických čipů. Jak se elektronika zrychluje, spotřeba energie se stává omezujícím problémem, zejména na úrovni čipů, říká Skvělý Bergman , profesor elektrotechniky na Kolumbijské univerzitě, který se na výzkumu nepodílel. Nemůžete mít svůj notebook rychlejší, aniž by se zahříval a spotřebovával více energie, říká Bergman. Elektronika má horní hranici asi 100 gigahertzů. Optické čipy by mohly zrychlit chod počítačů bez generování odpadního tepla, ale kvůli povaze světla – fotony nerady interagují – je potřeba hodně energie k vytvoření rychlých optických signálů.
Nový ultrarychlý modulátor tento problém řeší, protože dokáže komprimovat data kódovaná konvenčním zařízením na ultravysokou rychlost. Cornellův přístroj se nazývá časový dalekohled. Zatímco běžná čočka mění prostorovou podobu světelné vlny, časová čočka ji časem natahuje nebo stlačuje. Brian Kolner , nyní profesor aplikované vědy a elektrotechniky a počítačového inženýrství na Kalifornské univerzitě v Davisu, položil teoretické základy pro časovou čočku v roce 1988, když pracoval v Hewlett Packard . Jeden vyrobil na začátku 90. let, ale vyžadoval drahý krystalový modulátor, který spotřeboval spoustu energie. Cornellova práce, říká Kolner, je rozumným inženýrským krokem vpřed, který redukuje důkazy principu na užitečnou praxi.
Zde je návod, jak systém Cornell funguje. Nejprve je signál zakódován do laserového světla pomocí konvenčního modulátoru. Světelný signál je pak připojen k čipu Cornell přes cívku s optickými vlákny, která jej přenáší na křemíkový vlnovod se vzorem nanoměřítek. Stejně jako kytarový akord se skládá z tónů různých strun, signál se skládá z různých frekvencí světla. Když je signál na čipu, interaguje se světlem z laseru, což způsobuje jeho rozdělení na frekvence těchto složek. Světlo prochází další délkou kabelu do jiného křemíkového vlnovodu se vzorem nanoměřítek, kde interaguje se světlem ze stejného laseru. V tomto procesu je signál opět poskládán, ale se změněnou fází. Poté opustí čip pomocí další délky optického vlákna rychlostí 270 gigabitů za sekundu.
Fyzika je složitá, ale konečným efektem, říká Bergman, je vzít proud bitů, které jsou trochu pomalé, a urychlit je. Časový dalekohled přenáší více dat za kratší dobu a činí tak energeticky účinným způsobem, protože jediný potřebný výkon je ten, který je potřebný pro provoz laseru.
Zařízení Cornell je jedním z řady nedávných průlomů v křemíkové fotonice. Křemík je tento úžasný elektronický materiál a po dlouhou dobu byl považován za takový optický materiál, říká Gaeta. Během posledních pěti let výzkumníci tuto představu převraceli. V roce 2005 vyrobili výzkumníci společnosti Intel první křemíkový laser; následně byly z materiálu vyrobeny další optické komponenty, včetně modulátorů – zařízení pro kódování informací na světelných vlnách. Lidé stále říkají, že musíte nahradit křemík, abyste mohli provádět velmi vysokorychlostní zpracování, ale křemík může být způsob, jak jít, říká Gaeta.
Lepení křemíkem má dvě výhody. Za prvé, výrobci již mají infrastrukturu pro výrobu zařízení z křemíku. K výrobě optických zařízení můžete využít všechny technologie, které byly vyvinuty pro elektroniku, říká Gaeta. A pokud lze elektroniku a optiku vyrobit ze stejného materiálu, mohlo by být mnohem snazší je integrovat na stejný čip a nechat každý dělat to, co umí nejlépe: zpracování v případě elektroniky, ultrarychlý přenos dat v případě optiky .