211service.com
Laiks Lens Speeds Optical Data
Kornela universitātes pētnieki ir izstrādājuši vienkāršu silīcija ierīci optisko datu paātrināšanai. Ierīcē ir iekļauta silīcija mikroshēma, ko sauc par laika objektīvu, optiskās šķiedras garumi un lāzers. Tas sadala datu straumi, kas kodēta ar ātrumu 10 gigabiti sekundē, saliek to atpakaļ un izvada tos pašus datus ar ātrumu 270 gigabiti sekundē. Lai paātrinātu optisko datu pārraidi, parasti ir nepieciešams daudz enerģijas un apjomīga, dārga optika. Jaunā sistēma ir energoefektīva un ir integrēta kompaktā silīcija mikroshēmā. To var izmantot, lai lielā ātrumā pārvietotu lielu datu daudzumu internetā vai optiskajās mikroshēmās datoru iekšienē.
Laika objektīvs: Šī silīcija mikroshēma, ko sauc par laika objektīvu, ir veidota ar viļņvadiem, kas sadala optiskos signālus un apvieno tos ar lāzera gaismu, lai paātrinātu datu pārraides ātrumu.
Lielākā daļa mūsdienu telekomunikāciju datu tiek kodēti ar ātrumu 10 gigabiti sekundē. Tā kā inženieri ir mēģinājuši paplašināties līdz lielākam joslas platumam, viņi ir saskārušies ar problēmu. Tā kā jūs sasniedzat ļoti lielu datu pārraides ātrumu, nav vienkāršu datu kodēšanas veidu, saka Aleksandrs Gaeta , Kornela universitātes lietišķās un inženierfizikas profesors, kurš izstrādāja silīcija ierīci ar Mihals Lipsons , elektrotehnikas un datortehnikas asociētais profesors. Viņu darbs ir aprakstīts tiešsaistē žurnālā Dabas fotonika .
Jaunā ierīce varētu būt arī kritisks solis praktisku optisko mikroshēmu izstrādē. Paātrinoties elektronikai, enerģijas patēriņš kļūst par arvien lielāku problēmu, jo īpaši mikroshēmu līmenī, saka Foršs Bergmanis , Kolumbijas universitātes elektrotehnikas profesors, kurš nebija iesaistīts pētniecībā. Klēpjdators nevar darboties ātrāk, ja tas neuzkarst un nepatērē vairāk enerģijas, saka Bergmans. Elektronikas augšējā robeža ir aptuveni 100 gigaherci. Optiskās mikroshēmas var padarīt datorus ātrākus, neradot lieko siltumu, taču gaismas rakstura dēļ fotoniem nepatīk mijiedarboties, lai radītu ātrus optiskos signālus, ir nepieciešams daudz enerģijas.
Jaunais īpaši ātrais modulators novērš šo problēmu, jo tas var saspiest datus, kas kodēti ar parasto aprīkojumu, līdz īpaši lieliem ātrumiem. Kornela ierīci sauc par laika teleskopu. Kamēr parastais objektīvs maina gaismas viļņa telpisko formu, laika objektīvs to izstiepj vai saspiež laika gaitā. Braiens Kolners , tagad lietišķās zinātnes un elektrotehnikas un datortehnikas profesors Kalifornijas Universitātē Deivisā, 1988. gadā ielika teorētisko pamatu laika objektīvam, strādājot Hewlett-Packard . Viņš tādu izgatavoja deviņdesmito gadu sākumā, taču tam bija vajadzīgs dārgs kristāla modulators, kas paņēma daudz enerģijas. Kolners saka, ka Kornela darbs ir saprātīgs inženierijas solis uz priekšu, lai principu pierādījumi tiktu samazināti līdz noderīgai praksei.
Lūk, kā darbojas Kornela sistēma. Pirmkārt, signāls tiek kodēts lāzera gaismā, izmantojot parasto modulatoru. Pēc tam gaismas signāls tiek savienots ar Kornela mikroshēmu caur optiskās šķiedras spoli, kas to pārnes uz nanomēroga raksta silīcija viļņvada. Tāpat kā ģitāras akordu veido dažādu stīgu notis, signālu veido dažādas gaismas frekvences. Atrodoties mikroshēmā, signāls mijiedarbojas ar lāzera gaismu, izraisot tā sadalīšanos šajās komponentu frekvencēs. Gaisma pārvietojas pa citu kabeļa garumu uz citu nanomēroga raksta silīcija viļņvadu, kur tā mijiedarbojas ar tā paša lāzera gaismu. Šajā procesā signāls tiek atkal salikts kopā, bet tā fāze tiek mainīta. Pēc tam tas atstāj mikroshēmu, izmantojot cita garuma optisko šķiedru ar ātrumu 270 gigabiti sekundē.
Fizika ir sarežģīta, bet neto efekts, saka Bergmans, ir iegūt lēnu bitu plūsmu un padarīt tos daudz ātrākus. Laika teleskops pārraida vairāk datu īsākā laikā un dara to energoefektīvā veidā, jo vienīgā nepieciešamā jauda ir lāzera darbināšanai.
Kornela ierīce ir viens no nesenajiem sasniegumiem silīcija fotonikā. Silīcijs ir šis apbrīnojamais elektroniskais materiāls, un ilgu laiku tas tika uzskatīts par tik ļoti optisku materiālu, saka Gaeta. Pēdējo piecu gadu laikā pētnieki ir apgāzuši šo priekšstatu. 2005. gadā Intel pētnieki izgatavoja pirmo silīcija lāzeru; pēc tam no materiāla tika izgatavoti citi optiskie komponenti, tostarp modulatori – ierīces informācijas kodēšanai par gaismas viļņiem. Cilvēki nemitīgi saka, ka ir jānomaina silīcijs, lai veiktu ļoti ātru apstrādi, taču silīcijs var būt pareizais ceļš, saka Gaeta.
Līmēšanai ar silīciju ir divas priekšrocības. Pirmkārt, ražotājiem jau ir infrastruktūra ierīču izgatavošanai no silīcija. Jūs varat izmantot visas elektronikai izstrādātās tehnoloģijas, lai izgatavotu optiskās ierīces, saka Gaeta. Un, ja elektroniku un optiku var izgatavot no viena un tā paša materiāla, varētu būt daudz vienkāršāk tos integrēt vienā mikroshēmā un likt katram darīt to, ko tas prot vislabāk: apstrādi elektronikas gadījumā, īpaši ātru datu pārraidi optikas gadījumā. .