211service.com
Tidslins hastigheter optiska data
Forskare vid Cornell University har utvecklat en enkel kiselenhet för att påskynda optisk data. Enheten innehåller ett kiselchip som kallas tidslins, längder av optisk fiber och en laser. Den delar upp en dataström kodad med 10 gigabit per sekund, sätter ihop den igen och matar ut samma data med 270 gigabit per sekund. Att påskynda optisk dataöverföring kräver vanligtvis mycket energi och skrymmande, dyr optik. Det nya systemet är energieffektivt och är integrerat på ett kompakt silikonchip. Det kan användas för att flytta stora mängder data med höga hastigheter över Internet eller på optiska kretsar inuti datorer.
Tidslins: Detta kiselchip, som kallas en tidslins, är mönstrat med vågledare som delar optiska signaler och kombinerar dem med laserljus för att snabba upp datahastigheter.
De flesta av dagens telekommunikationsdata är kodade med en hastighet av 10 gigabit per sekund. När ingenjörer har försökt expandera till större bandbredder har de stött på ett problem. Eftersom du kommer till mycket höga datahastigheter finns det inga enkla sätt att koda data, säger Alexander Gaeta , professor i tillämpad och teknisk fysik vid Cornell University, som utvecklade kiselanordningen med Michal lipson , docent i el- och datateknik. Deras arbete beskrivs online i tidskriften Naturfotonik .
Den nya enheten kan också vara ett kritiskt steg i utvecklingen av praktiska optiska chips. När elektroniken ökar blir strömförbrukningen ett mer begränsande problem, särskilt på chipnivå, säger Cool Bergman , professor i elektroteknik vid Columbia University, som inte var involverad i forskningen. Du kan inte få din bärbara dator att köra snabbare utan att den blir varmare och drar mer energi, säger Bergman. Elektronik har en övre gräns på cirka 100 gigahertz. Optiska chips kan få datorer att köra snabbare utan att generera spillvärme, men på grund av ljusets natur – fotoner gillar inte att interagera – det tar mycket energi att skapa snabba optiska signaler.
Den nya ultrasnabba modulatorn kommer runt detta problem eftersom den kan komprimera data kodad med konventionell utrustning till ultrahöga hastigheter. Cornell-enheten kallas ett tidteleskop. Medan en vanlig lins ändrar den rumsliga formen av en ljusvåg, sträcker en tidslins ut den eller komprimerar den över tiden. Brian Kolner , nu professor i tillämpad vetenskap och elektro- och datorteknik vid University of California, Davis, lade den teoretiska grunden för tidslinsen 1988 när han arbetade på Hewlett-Packard . Han gjorde en i början av 1990-talet, men den krävde en dyr kristallmodulator som tog mycket energi. Cornell-arbetet, säger Kolner, är ett förnuftigt tekniskt steg framåt för att reducera principbevisen till en användbar praxis.
Så här fungerar Cornell-systemet. Först kodas en signal på laserljus med användning av en konventionell modulator. Ljussignalen kopplas sedan in i Cornell-chippet genom en optisk fiberspole, som leder den till en nanoskala-mönstrad kiselvågledare. Precis som ett gitarrackord är uppbyggt av toner från olika strängar, är signalen uppbyggd av olika ljusfrekvenser. Medan den är på chipet interagerar signalen med ljus från en laser, vilket gör att den delas upp i dessa komponentfrekvenser. Ljuset färdas genom en annan kabellängd till en annan nanoskala-mönstrad kiselvågledare, där det interagerar med ljus från samma laser. I processen sätts signalen ihop igen, men med dess fasförändring. Den lämnar sedan chippet med hjälp av en annan längd optisk fiber, med en hastighet av 270 gigabit per sekund.
Fysiken är komplex, men nettoeffekten, säger Bergman, är att ta en ström av bitar som är lite långsamma och få dem att gå mycket snabbare. Tidsteleskopet sänder mer data på kortare tid, och gör det på ett energieffektivt sätt, eftersom den enda kraft som krävs är den som behövs för att köra lasern.
Cornell-enheten är en av en serie senaste genombrott inom kiselfotonik. Kisel är detta fantastiska elektroniska material, och länge sågs det som ett sådär optiskt material, säger Gaeta. Under de senaste fem åren har forskare vänt denna uppfattning. 2005 gjorde forskare vid Intel den första kisellasern; därefter har andra optiska komponenter, inklusive modulatorer – enheter för att koda information om ljusvågor – tillverkats av materialet. Folk säger hela tiden att man måste byta ut kisel för att göra mycket höghastighetsbearbetning, men kisel kan vara rätt väg att gå, säger Gaeta.
Att hålla sig till kisel har två fördelar. För det första har tillverkarna redan infrastrukturen för att tillverka enheter av kisel. Du kan utnyttja all teknik som har utvecklats för elektronik för att göra optiska enheter, säger Gaeta. Och om elektronik och optik kan göras av samma material, kan det vara mycket lättare att integrera dem på samma chip och få var och en att göra det de är bäst på: bearbetning när det gäller elektronik, ultrasnabb dataöverföring när det gäller optik .