211service.com
Szybkość obiektywu czasowego danych optycznych
Naukowcy z Cornell University opracowali proste urządzenie silikonowe do przyspieszania danych optycznych. Urządzenie zawiera chip krzemowy zwany soczewką czasową, odcinki światłowodu i laser. Dzieli strumień danych zakodowanych z szybkością 10 gigabitów na sekundę, składa go z powrotem i wysyła te same dane z szybkością 270 gigabitów na sekundę. Przyspieszenie optycznej transmisji danych zwykle wymaga dużo energii i nieporęcznej, drogiej optyki. Nowy system jest energooszczędny i jest zintegrowany z kompaktowym chipem krzemowym. Może być używany do przesyłania ogromnych ilości danych z dużą prędkością przez Internet lub na układach optycznych wewnątrz komputerów.
Soczewka czasu: Na tym krzemowym chipie, zwanym soczewką czasową, zastosowano falowody, które rozdzielają sygnały optyczne i łączą je ze światłem laserowym w celu zwiększenia szybkości transmisji danych.
Większość dzisiejszych danych telekomunikacyjnych jest kodowana z szybkością 10 gigabitów na sekundę. Ponieważ inżynierowie próbowali rozszerzyć się na większą przepustowość, napotkali problem. Mówi się, że przy bardzo wysokich szybkościach transmisji danych nie ma łatwych sposobów kodowania danych Aleksander Gaeta , profesor fizyki stosowanej i inżynierskiej na Cornell University, który opracował krzemowe urządzenie z Michał lipson , profesor nadzwyczajny inżynierii elektrycznej i komputerowej. Ich praca jest opisana online w czasopiśmie Fotonika przyrody .
Nowe urządzenie może być również kluczowym krokiem w rozwoju praktycznych chipów optycznych. W miarę przyspieszania elektroniki zużycie energii staje się coraz bardziej ograniczającym problemem, zwłaszcza na poziomie chipa, mówi Fajny Bergman , profesor elektrotechniki na Columbia University, który nie był zaangażowany w badania. Nie da się uruchomić szybszego laptopa bez nagrzewania się i zużywania większej ilości energii, mówi Bergman. Elektronika ma górną granicę około 100 gigaherców. Chipy optyczne mogą sprawić, że komputery będą działać szybciej bez generowania ciepła odpadowego, ale ze względu na naturę światła – fotony nie lubią wchodzić w interakcje – wytworzenie szybkich sygnałów optycznych wymaga dużo energii.
Nowy ultraszybki modulator rozwiązuje ten problem, ponieważ może kompresować dane zakodowane za pomocą konwencjonalnego sprzętu do bardzo wysokich prędkości. Urządzenie Cornella nazywa się teleskopem czasu. Podczas gdy zwykła soczewka zmienia przestrzenną formę fali świetlnej, soczewka czasu rozciąga ją lub kompresuje w czasie. Brian Kolner , obecnie profesor nauk stosowanych oraz inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis, położył teoretyczne podwaliny pod soczewkę czasową w 1988 roku podczas pracy w Hewlett Packard . Zrobił jeden na początku lat 90., ale wymagał drogiego modulatora kryształowego, który pobierał dużo energii. Praca Cornella, mówi Kolner, jest rozsądnym krokiem inżynieryjnym w celu zredukowania dowodów zasad do użytecznej praktyki.
Oto jak działa system Cornell. Najpierw sygnał jest kodowany w świetle lasera za pomocą konwencjonalnego modulatora. Sygnał świetlny jest następnie wprowadzany do układu Cornell przez cewkę światłowodową, która przenosi go na krzemowy falowód o nanoskali. Tak jak akord gitary składa się z dźwięków różnych strun, tak sygnał składa się z różnych częstotliwości światła. Na chipie sygnał oddziałuje ze światłem z lasera, powodując podział na te częstotliwości składowe. Światło przechodzi przez inny odcinek kabla na inny krzemowy falowód o nanoskali, gdzie oddziałuje ze światłem z tego samego lasera. W tym procesie sygnał jest ponownie składany, ale ze zmienioną fazą. Następnie opuszcza chip za pomocą innego odcinka światłowodu, z prędkością 270 gigabitów na sekundę.
Fizyka jest złożona, ale efekt netto, mówi Bergman, polega na wzięciu strumienia bitów, które są trochę powolne, i sprawią, że pójdą znacznie szybciej. Teleskop czasu przesyła więcej danych w krótszym czasie i robi to w sposób energooszczędny, ponieważ jedyną potrzebną mocą jest ta potrzebna do uruchomienia lasera.
Urządzenie Cornella to jeden z serii ostatnich przełomów w fotonice krzemowej. Krzem to niesamowity materiał elektroniczny, który przez długi czas był postrzegany jako taki sobie materiał optyczny, mówi Gaeta. W ciągu ostatnich pięciu lat naukowcy obalili to pojęcie. W 2005 roku naukowcy z Intela stworzyli pierwszy laser krzemowy; następnie z materiału wykonano inne elementy optyczne, w tym modulatory – urządzenia do kodowania informacji o falach świetlnych. Ludzie ciągle mówią, że trzeba wymienić krzem, aby uzyskać bardzo szybkie przetwarzanie, ale krzem może być drogą do zrobienia, mówi Gaeta.
Trzymanie się krzemu ma dwie zalety. Po pierwsze, producenci mają już infrastrukturę do wytwarzania urządzeń z krzemu. Możesz wykorzystać wszystkie technologie opracowane dla elektroniki do tworzenia urządzeń optycznych, mówi Gaeta. A jeśli elektronika i optyka mogą być wykonane z tego samego materiału, znacznie łatwiej byłoby zintegrować je na tym samym chipie i mieć to, co robi najlepiej: przetwarzanie w przypadku elektroniki, ultraszybką transmisję danych w przypadku optyki .