211service.com
10 GHz optisk transistor byggd av kisel
Elektroner är ganska bra på att bearbeta information men inte så bra på att bära den över långa avstånd. Fotoner, å andra sidan, gör ett stort jobb med att transportera data runt planeten men är inte så praktiska när det gäller att bearbeta det.
Som ett resultat är transistorer elektroniska och kommunikationskablar är optiska. Och världen är belastad med en betydande mängd energikrävande infrastruktur för att konvertera elektronisk information till den optiska varianten och vice versa.
Så det är ingen överraskning att det finns ett stort intresse för att utveckla en optisk transistor som kan göra den elektroniska varianten föråldrad.
Det finns dock ett betydande problem. Samtidigt som olika grupper har byggt optiska switchar måste optiska transistorer också ha ett antal andra egenskaper så att de kan kopplas ihop på ett sätt som kan bearbeta information.
Till exempel måste deras utgång kunna fungera som ingång för en annan transistor - inte lätt om utgången är en annan frekvens än ingången, till exempel. Dessutom måste utgången kunna driva ingången för minst två andra transistorer så att logiska signaler kan fortplanta sig, en egenskap som kallas fanout. Detta kräver betydande vinst. Utöver detta måste varje transistor bevara kvaliteten på den logiska signalen så att fel inte sprids. Och så vidare.
Problemet är att ingen har lyckats göra optiska transistorer som klarar allt och som även kan göras av kisel.
Idag säger Leo Varghese vid Purdue University i Indiana och några kompisar att de har byggt en enhet som tar ett betydande steg i denna riktning.
Deras optiska transistor består av en mikroringresonator bredvid en optisk linje. Under vanliga omständigheter kommer ljusförsörjningen in i den optiska linjen, passerar längs den och matas sedan ut. Men vid en specifik resonansfrekvens interagerar ljuset med mikroringsresonatorn, vilket kraftigt minskar uteffekten. I detta tillstånd är utgången i princip avstängd även om matningen är på.
Tricket som dessa killar har fulländat är att använda en annan optisk linje, kallad grinden, för att värma mikroringen, och därigenom ändra dess storlek, dess resonansfrekvens och dess förmåga att interagera med utgången.
Det gör att porten kan slå på och av utgången.
Det finns ytterligare en smart twist. Mikroringens interaktion med grinden är starkare än med matnings-utgångsledningen. Det är viktigt eftersom det betyder att en liten grindsignal kan styra en mycket större utsignal.
Varghese och co säger att förhållandet mellan grindsignalen och matningen är nästan 6 dB. Det räcker för att driva minst två andra transistorer, vilket är exakt den fläkt-out-egenskap som optiska transistorer kräver.
Dessa killar har till och med byggt en enhet av kisel med en bandbredd som kan datahastigheter på upp till 10 GHz.
Det är ett imponerande resultat, särskilt kiselkompatibiliteten.
Ändå finns det betydande hinder framför sig innan en helt optisk dator gjord med dessa enheter kan hoppas på att tävla mot sina elektroniska kusiner.
Det största problemet är strömförbrukningen. Mycket av strömförbrukningen i elektroniska transistorer kommer från behovet av att ladda ledningarna som ansluter dem till driftspänningen.
I teorin kan optiska transistorer vara ännu mer effektiva - deras linjer behöver inte laddas alls. Men i praktiken bränner lasrar energi som om det vore tjugo dollarsedlar. Av den anledningen är det inte alls klart att optiska transistorer kan matcha effektiviteten hos elektroniska chips.
Och med datorindustrin nu ansvarig för nästan 2 procent av de globala koldioxidutsläppen, nästan lika mycket som flyget, kan energiförbrukningen visa sig vara den övergripande faktorn för informationsbehandlingens framtida inriktning.
Ref: arxiv.org/abs/1204.5515 : En optisk kiseltransistor