מדעני Caltech פיתחו מתג באמצעות רכיבים אופטיים

מדעני Caltech פיתחו מתג באמצעות רכיבים אופטיים

מכשירים אופטיים משדרים אותות מהר יותר ממכשירים חשמליים, תוך שימוש בפולסי אור. זו הסיבה שמכשירים מודרניים משפרים לעתים קרובות את האופטיקה לשליחה או העברת נתונים. עם זאת, אחת המגבלות המשמעותיות של מערכות מבוססות אופטיות כיום היא שבשלב מסוים הן עדיין צריכות להחזיק טרנזיסטורים מבוססי אלקטרוניקה כדי לעבד נתונים ביעילות.

כעת, צוות בראשות Alireza Marandi, עוזר פרופסור להנדסת חשמל ופיזיקה יישומית ב-Caltech, פיתח מתג אופטי שכולו רותם את כוחה של אי-לינאריות אופטית (עוד על כך בהמשך). מפתח כזה יכול בסופו של דבר לאפשר עיבוד באמצעות פוטונים.

מאפיין ההפעלה/כיבוי של המתג הוא הבסיס של שערים לוגיים ומחשוב בינארי וזה מה שהטרנזיסטורים הדיגיטליים תוכננו להשיג. עם זאת, השגת אותה פונקציה עם אור התבררה כקשה. בניגוד לאלקטרונים בטרנזיסטורים, שיכולים להשפיע מאוד על השטף אחד של השני ובכך לגרום ל"החלפה", פוטונים בדרך כלל אינם מקיימים אינטראקציה בקלות זה עם זה.

הקידום התאפשר הודות לחומרים ולאופן השימוש בהם.

Os מדענים usaram um material cristalino conhecido como niobato de lítio, uma combinação de nióbio, lítio e oxigênio. O material é inerentemente não linear: devido à maneira especial como os átomos estão dispostos no cristal, os sinais ópticos que ele produz como saídas não são proporcionais aos sinais de entrada.

Embora os cristais de niobato de lítio tenham sido utilizados em óptica por muitos anos, desenvolvimentos recentes em métodos de nanofabricação permitiram aos מדענים desenvolver dispositivos fotônicos integrados baseados em niobato de lítio que permitem o confinamento da luz em uma pequena área. A intensidade da luz aumenta com o menor tamanho do espaço enquanto usa a mesma quantidade de energia. Como resultado, uma resposta não linear mais alta do que seria concebível pode ser produzida pelos pulsos de luz que transportam informações através de tal sistema óptico.

Os מדענים também confinaram a luz temporalmente. Essencialmente, eles diminuíram a duração dos pulsos de luz e usaram um design específico que manteria os pulsos curtos à medida que se propagam pelo dispositivo, o que resultou em cada pulso com maior potência de pico.

ההשפעה המשולבת של שתי הטקטיקות הללו - הכליאה המרחבית-זמנית של האור - היא להגביר באופן משמעותי את עוצמת האי-ליניאריות עבור אנרגיית דופק נתונה, מה שאומר שפוטונים משפיעים כעת הרבה יותר זה על זה.

התוצאה היא מחלק לא ליניארי שיכול לעבור תוך פחות מ-50 פמט-שניות, לפצל את פעימות האור לשתי יציאות נפרדות בהתאם לאנרגיה שלהן (פמט-שנייה היא רביעיית השנייה). מתגים אלקטרוניים מודרניים, לעומת זאת, פועלים בעשרות פיקושניות (פיקוסניה שווה לטריליון שניה), הבדל בסדרי גודל רבים.

הפניה ליומן:

  1. Guo, Q., Sekine, R., Ledezma, L. et al. מיתוג femtojoule femtosecond אופטי מלא בננופוטוניקת ליתיום ניובאט. nat. פוטון. (2022). DOI: 10.1038/s41566-022-01044-5

הודעות קשורות

השאר תגובה

שְׁגִיאָה: