Znanstvenici s Caltecha razvili su prekidač pomoću optičkih komponenti

Znanstvenici s Caltecha razvili su prekidač pomoću optičkih komponenti

Optički uređaji prenose signale brže od električnih uređaja, koristeći svjetlosne impulse. Zato moderni uređaji često poboljšavaju optiku za slanje ili prijenos podataka. Međutim, jedno od značajnih ograničenja današnjih sustava temeljenih na optičkim sustavima je to što će u nekom trenutku ipak morati imati tranzistore temeljene na elektronici za učinkovitu obradu podataka.

Sada je tim predvođen Alirezom Marandijem, docentom elektrotehnike i primijenjene fizike na Caltechu, razvio potpuno optički prekidač koji koristi snagu optičke nelinearnosti (više o tome kasnije). Ovakav ključ u konačnici može omogućiti obradu pomoću fotona.

Svojstvo prekidača za uključivanje/isključivanje temelj je logičkih vrata i binarnog računalstva i ono je za što su dizajnirani digitalni tranzistori. Međutim, postizanje iste funkcije svjetlom pokazalo se teškim. Za razliku od elektrona u tranzistorima, koji mogu snažno utjecati jedni na druge na tok i tako uzrokovati "prebacivanje", fotoni općenito ne stupaju u laku međusobnu interakciju.

Napredak je omogućen zahvaljujući materijalima i načinu njihove uporabe.

Os znanstvenici koristio kristalni materijal poznat kao litijev niobat, kombinaciju niobija, litija i kisika. Materijal je sam po sebi nelinearan: zbog posebnog načina na koji su atomi raspoređeni u kristalu, optički signali koje proizvodi kao izlaz nisu proporcionalni ulaznim signalima.

Iako se kristali litijeva niobata koriste u optici dugi niz godina, nedavni razvoj metoda nanofabrikacije omogućio je znanstvenici razviti integrirane fotonske uređaje temeljene na litijevom niobatu koji omogućuju zadržavanje svjetlosti na malom području. Intenzitet svjetlosti raste s manjom veličinom prostora uz korištenje iste količine energije. Kao rezultat toga, nelinearni odgovor veći od zamislivog može se proizvesti pomoću svjetlosnih impulsa koji prenose informacije kroz takav optički sustav.

Os znanstvenici također su privremeno zatvorili svjetlo. U biti, skratili su trajanje svjetlosnih impulsa i koristili specifičan dizajn koji bi impulse održavao kratkim dok se šire kroz uređaj, što je rezultiralo time da svaki impuls ima veću vršnu snagu.

Kombinirani učinak ove dvije taktike – prostorno-vremensko ograničenje svjetlosti – je značajno povećanje snage nelinearnosti za danu energiju pulsa, što znači da fotoni sada mnogo jače utječu jedni na druge.

Rezultat je nelinearni razdjelnik koji se može prebaciti za manje od 50 femtosekundi, dijeleći svjetlosne impulse u dva odvojena izlaza ovisno o njihovoj energiji (femtosekunda je kvadrilijunti dio sekunde). Moderni elektronički prekidači, nasuprot tome, rade u desecima pikosekundi (pikosekunda je jednaka trilijuntom dijelu sekunde), što je razlika od više redova veličine.

Referenca dnevnika:

  1. Guo, Q., Sekine, R., Ledezma, L. i sur. Potpuno optičko femtojoule femtosekundno prebacivanje u nanofotonici litijeva niobata. nat. Foton. (2022). DOI: 10.1038/s41566-022-01044-5

Povezani postovi

Ostavite komentar

pogreška: