10 GHz optisk transistor bygget ud af silicium

Elektroner er ret gode til at behandle information, men ikke så gode til at transportere den over lange afstande. Fotoner, på den anden side, gør et stort stykke arbejde med at transportere data rundt om planeten, men er ikke så handy, når det kommer til at behandle dem.

Som et resultat er transistorer elektroniske, og kommunikationskabler er optiske. Og verden er belastet med en betydelig mængde strømkrævende infrastruktur til at konvertere elektronisk information til den optiske variant og omvendt.

Så det er ikke overraskende, at der er betydelig interesse for at udvikle en optisk transistor, der kan gøre den elektroniske variant forældet.

Der er dog et væsentligt problem. Mens forskellige grupper har bygget optiske omskiftere, skal optiske transistorer også have en række andre egenskaber, så de kan forbindes på en måde, der kan behandle information.

For eksempel skal deres output være i stand til at fungere som input for en anden transistor - ikke let, hvis outputtet for eksempel er en anden frekvens end inputtet. Hvad mere er, skal outputtet være i stand til at drive inputtet til mindst to andre transistorer, så logiske signaler kan forplante sig, en egenskab kendt som fanout. Dette kræver en betydelig gevinst. Oven i dette skal hver transistor bevare kvaliteten af ​​det logiske signal, så fejl ikke forplanter sig. Og så videre.

Problemet er, at ingen har haft held med at lave optiske transistorer, der kan alt og også kan være lavet af silicium.

I dag siger Leo Varghese ved Purdue University i Indiana og et par venner, at de har bygget en enhed, der tager et væsentligt skridt i denne retning.

Deres optiske transistor består af en mikroringresonator ved siden af ​​en optisk linje. Under almindelige omstændigheder kommer lysforsyningen ind i den optiske linje, passerer langs den og udsender derefter. Men ved en specifik resonansfrekvens interagerer lyset med mikroring-resonatoren, hvilket reducerer outputtet betydeligt. I denne tilstand er udgangen stort set slukket, selvom forsyningen er tændt.

Tricket, disse fyre har perfektioneret, er at bruge en anden optisk linje, kaldet gate, til at opvarme mikroringen og derved ændre dens størrelse, dens resonansfrekvens og dens evne til at interagere med outputtet.

Det gør det muligt for porten at tænde og slukke for output.

Der er et ekstra smart twist. Mikroringens interaktion med porten er stærkere end med forsynings-outputledningen. Det er vigtigt, fordi det betyder, at et lille portsignal kan styre et meget større udgangssignal.

Varghese og co siger, at forholdet mellem gatesignalet og forsyningen er næsten 6 dB. Det er nok til at drive mindst to andre transistorer, hvilket er præcis den fan-out-egenskab, som optiske transistorer kræver.

Disse fyre har endda bygget en enhed af silicium med en båndbredde, der er i stand til datahastigheder på op til 10 GHz.

Det er et imponerende resultat, især siliciumkompatibiliteten.

Ikke desto mindre er der betydelige forhindringer forude, før en helt optisk computer lavet med disse enheder kan håbe på at konkurrere mod sine elektroniske fætre.

Det største problem er strømforbruget. Meget af strømforbruget i elektroniske transistorer kommer fra behovet for at oplade de ledninger, der forbinder dem med driftsspændingen.

I teorien kunne optiske transistorer være endnu mere effektive - deres linjer behøver slet ikke opladning. Men i praksis forbrænder lasere energi, som om det var tyve dollarsedler. Af den grund er det slet ikke klart, at optiske transistorer kan matche effektiviteten af ​​elektroniske chips.

Og med computerindustrien nu ansvarlig for næsten 2 procent af de globale kuldioxidudledninger, næsten lige så meget som luftfarten, kan strømforbrug vise sig at være den overordnede faktor for den fremtidige retning for informationsbehandling.

Ref: arxiv.org/abs/1204.5515 : En optisk siliciumtransistor

skjule