211service.com
Tidslinse hastigheder optiske data
Forskere ved Cornell University har udviklet en simpel siliciumenhed til at fremskynde optiske data. Enheden indeholder en siliciumchip kaldet en tidslinse, længder af optisk fiber og en laser. Den opdeler en datastrøm kodet med 10 gigabit pr. sekund, sætter den sammen igen og udsender de samme data med 270 gigabit pr. sekund. At fremskynde optisk datatransmission kræver normalt meget energi og omfangsrig, dyr optik. Det nye system er energieffektivt og er integreret på en kompakt siliciumchip. Det kunne bruges til at flytte enorme mængder data med høje hastigheder over internettet eller på optiske chips inde i computere.
Tidsobjektiv: Denne siliciumchip, kaldet en tidslinse, er mønstret med bølgeledere, der opdeler optiske signaler og kombinerer dem med laserlys for at fremskynde datahastigheder.
De fleste af nutidens telekommunikationsdata er kodet med en hastighed på 10 gigabit per sekund. Da ingeniører har forsøgt at udvide til større båndbredder, er de stødt på et problem. Da du kommer til meget høje datahastigheder, er der ingen nemme måder at kode dataene på, siger Alexander Gaeta , professor i anvendt og teknisk fysik ved Cornell University, som udviklede siliciumapparatet med Michal lipson , lektor i el- og computerteknik. Deres arbejde er beskrevet online i tidsskriftet Naturfotonik .
Den nye enhed kan også være et kritisk skridt i udviklingen af praktiske optiske chips. Efterhånden som elektronikken tager fart, bliver strømforbruget et mere begrænsende problem, især på chipniveau, siger Fed Bergman , professor i elektroteknik ved Columbia University, som ikke var involveret i forskningen. Du kan ikke få din bærbare computer til at køre hurtigere, uden at den bliver varmere og bruger mere energi, siger Bergman. Elektronik har en øvre grænse på omkring 100 gigahertz. Optiske chips kunne få computere til at køre hurtigere uden at generere spildvarme, men på grund af lysets natur - fotoner bryder sig ikke om at interagere - det kræver meget energi at skabe hurtige optiske signaler.
Den nye ultrahurtige modulator kommer uden om dette problem, fordi den kan komprimere data kodet med konventionelt udstyr til ultrahøje hastigheder. Cornell-apparatet kaldes et tidsteleskop. Mens en almindelig linse ændrer den rumlige form af en lysbølge, strækker en tidslinse den ud eller komprimerer den over tid. Brian Kolner , nu professor i anvendt videnskab og elektro- og computerteknik ved University of California, Davis, lagde det teoretiske grundlag for tidslinsen i 1988, mens han arbejdede på Hewlett Packard . Han lavede en i begyndelsen af 1990'erne, men den krævede en dyr krystalmodulator, der tog meget energi. Cornell-arbejdet, siger Kolner, er et fornuftigt ingeniørmæssigt skridt fremad for at reducere principperne til en brugbar praksis.
Her er hvordan Cornell-systemet fungerer. Først kodes et signal på laserlys ved hjælp af en konventionel modulator. Lyssignalet kobles derefter ind i Cornell-chippen gennem en optisk fiberspole, som fører det til en siliciumbølgeleder i nanoskala. Ligesom en guitarakkord er opbygget af toner fra forskellige strenge, er signalet opbygget af forskellige lysfrekvenser. Mens det er på chippen, interagerer signalet med lys fra en laser, hvilket får det til at opdeles i disse komponentfrekvenser. Lyset bevæger sig gennem en anden kabellængde til en anden nanoskala-mønstret siliciumbølgeleder, hvor det interagerer med lys fra den samme laser. I processen sættes signalet sammen igen, men med faseændret. Den forlader derefter chippen ved hjælp af en anden længde optisk fiber med en hastighed på 270 gigabit pr. sekund.
Fysikken er kompleks, men nettoeffekten, siger Bergman, er at tage en strøm af bits, der er lidt langsomme, og få dem til at gå meget hurtigere. Tidsteleskopet transmitterer flere data på kortere tid og gør det på en energieffektiv måde, fordi den eneste strøm, der kræves, er den, der er nødvendig for at køre laseren.
Cornell-enheden er et af en række nylige gennembrud inden for siliciumfotonik. Silicium er dette fantastiske elektroniske materiale, og i lang tid blev det betragtet som et halvdårligt optisk materiale, siger Gaeta. I løbet af de seneste fem år har forskere væltet denne opfattelse. I 2005 lavede forskere hos Intel den første siliciumlaser; efterfølgende er andre optiske komponenter, herunder modulatorer – enheder til kodning af information om lysbølger – blevet lavet af materialet. Folk bliver ved med at sige, at man skal udskifte silicium for at udføre meget højhastighedsbehandling, men silicium kan være vejen at gå, siger Gaeta.
At holde sig til silicium har to fordele. For det første har producenterne allerede infrastrukturen til at lave enheder af silicium. Du kan udnytte alle de teknologier, der er blevet udviklet til elektronik til at lave optiske enheder, siger Gaeta. Og hvis elektronik og optik kan laves af det samme materiale, kunne det være meget nemmere at integrere dem på den samme chip og få hver enkelt til at gøre det, de er bedst til: behandling i tilfælde af elektronik, ultrahurtig datatransmission i tilfælde af optik .