211service.com
Tijd Lenssnelheden Optische gegevens
Onderzoekers van Cornell University hebben een eenvoudig siliciumapparaat ontwikkeld om optische gegevens te versnellen. Het apparaat bevat een siliciumchip die een tijdlens wordt genoemd, lengtes optische vezels en een laser. Het splitst een gegevensstroom op die is gecodeerd met 10 gigabit per seconde, zet deze weer in elkaar en voert dezelfde gegevens uit met 270 gigabit per seconde. Het versnellen van optische gegevensoverdracht vereist meestal veel energie en omvangrijke, dure optica. Het nieuwe systeem is energiezuinig en geïntegreerd op een compacte siliciumchip. Het kan worden gebruikt om grote hoeveelheden gegevens met hoge snelheden over internet of op optische chips in computers te verplaatsen.
Tijdlens: Deze siliciumchip, een tijdlens genoemd, is voorzien van golfgeleiders die optische signalen splitsen en combineren met laserlicht om gegevenssnelheden te versnellen.
De meeste hedendaagse telecommunicatiegegevens worden gecodeerd met een snelheid van 10 gigabit per seconde. Terwijl ingenieurs hebben geprobeerd uit te breiden naar grotere bandbreedtes, zijn ze op een probleem gestuit. Aangezien je zeer hoge gegevenssnelheden bereikt, zijn er geen gemakkelijke manieren om de gegevens te coderen, zegt Alexander Gaeta , hoogleraar toegepaste en technische fysica aan de Cornell University, die het siliciumapparaat ontwikkelde met Michal Lipson , universitair hoofddocent elektrische en computertechniek. Hun werk wordt online beschreven in het tijdschrift Natuurfotonica .
Het nieuwe apparaat zou ook een cruciale stap kunnen zijn in de ontwikkeling van praktische optische chips. Naarmate de elektronica sneller wordt, wordt het stroomverbruik een steeds beperkender probleem, vooral op chipniveau, zegt Coole Bergman , hoogleraar elektrotechniek aan de Columbia University, die niet bij het onderzoek was betrokken. Je kunt je laptop niet sneller laten werken zonder dat hij heter wordt en meer energie verbruikt, zegt Bergman. Elektronica heeft een bovengrens van ongeveer 100 gigahertz. Optische chips zouden computers sneller kunnen laten werken zonder afvalwarmte te genereren, maar vanwege de aard van licht - fotonen houden niet van interactie - kost het veel energie om snelle optische signalen te creëren.
De nieuwe ultrasnelle modulator omzeilt dit probleem omdat hij gegevens kan comprimeren die zijn gecodeerd met conventionele apparatuur tot ultrahoge snelheden. Het Cornell-apparaat wordt een tijdtelescoop genoemd. Terwijl een gewone lens de ruimtelijke vorm van een lichtgolf verandert, rekt een tijdlens deze uit of comprimeert deze in de loop van de tijd. Brian Kolner , nu hoogleraar toegepaste wetenschappen en elektrische en computertechniek aan de Universiteit van Californië, Davis, legde in 1988 de theoretische basis voor de tijdlens terwijl hij werkte bij Hewlett-Packard . Hij maakte er begin jaren negentig een, maar daarvoor was een dure kristalmodulator nodig die veel energie kostte. Het werk van Cornell, zegt Kolner, is een verstandige technische stap voorwaarts om de proof of principle te reduceren tot een bruikbare praktijk.
Hier is hoe het Cornell-systeem werkt. Eerst wordt een signaal gecodeerd op laserlicht met behulp van een conventionele modulator. Het lichtsignaal wordt vervolgens via een optische vezelspoel in de Cornell-chip gekoppeld, die het op een siliciumgolfgeleider met nanoschaalpatroon draagt. Net zoals een gitaarakkoord bestaat uit noten van verschillende snaren, bestaat het signaal uit verschillende lichtfrequenties. Terwijl het zich op de chip bevindt, interageert het signaal met licht van een laser, waardoor het wordt opgesplitst in deze componentfrequenties. Het licht reist door een ander stuk kabel naar een andere siliciumgolfgeleider met nanoschaalpatroon, waar het interageert met licht van dezelfde laser. Tijdens het proces wordt het signaal weer in elkaar gezet, maar met een gewijzigde fase. Vervolgens verlaat het de chip via een ander stuk glasvezel, met een snelheid van 270 gigabit per seconde.
De fysica is complex, maar het netto-effect, zegt Bergman, is om een stroom bits te nemen die een beetje traag zijn en ze veel sneller te laten gaan. De tijdtelescoop zendt meer data uit in minder tijd en doet dat op een energiezuinige manier, omdat het enige vermogen dat nodig is om de laser te laten werken, is.
Het Cornell-apparaat is een van een reeks recente doorbraken in siliciumfotonica. Silicium is dit verbazingwekkende elektronische materiaal en lange tijd werd het gezien als een zo-zo optisch materiaal, zegt Gaeta. In de afgelopen vijf jaar hebben onderzoekers dit idee omvergeworpen. In 2005 maakten onderzoekers van Intel de eerste siliciumlaser; vervolgens zijn van het materiaal andere optische componenten gemaakt, waaronder modulatoren - apparaten voor het coderen van informatie over lichtgolven. Mensen blijven zeggen dat je silicium moet vervangen om zeer snelle verwerking te doen, maar silicium is misschien de juiste keuze, zegt Gaeta.
Vasthouden aan silicium heeft twee voordelen. Ten eerste hebben fabrikanten al de infrastructuur om apparaten van silicium te maken. Je kunt alle technologieën die zijn ontwikkeld voor elektronica gebruiken om optische apparaten te maken, zegt Gaeta. En als elektronica en optica uit hetzelfde materiaal kunnen worden gemaakt, kan het veel gemakkelijker zijn om ze op dezelfde chip te integreren en elk te laten doen waar ze goed in zijn: verwerking in het geval van elektronica, ultrasnelle gegevensoverdracht in het geval van optica .