Создан новый тип более эффективных и надежных средств связи

Коллектив ученых из Массачусетского технологического университета (США) создал новый тип схемы для телекоммуникационных устройств на базе оптических нелинейностей второго порядка в кремнии.

Создан новый тип более эффективных и надежных средств связи

© oilchai / Фотодом / Shutterstock

Энергопотребление компьютеров всегда растёт и, как прогнозируется, превысит мировую выработку энергии к 2040 году. Применение фотонов света вместо электричества для передачи данных может существенно снизить энергопотребление чипов. Этим занимается кремниевая фотоника — она формирует оптические устройства на базе кремния, совместимые с кремниевой электроникой.

Но кремниевая фотоника основана на вторых физических механизмах, нежели оптоэлектроника.

В устройстве современных компьютерных сетей, спутников и других средств связи на базе оптоэлектроники применяют так именуемые нелинейности второго порядка. Это математический параметр, что присутствует в функции зависимости поляризованности объекта от напряженности электрического поля. Он делает оптический сигнал более действенным и надежным.

Нелинейности второго порядка связаны с многоволновым смешением — эффектом, что ведет к искажениям и помехам сигнала при его передаче. Исходя из этого нелинейности применяют в модуляторах — устройствах для трансформации черт сигнала (фазы, частоты либо амплитуды), для его передачи от передатчика к приемнику без наложения и помех на другие сигналы.

Ученые из MIT внесли предложение метод введения нелинейностей второго порядка в кремний и в первый раз реализовали его на практике.

Кремний в силу симметричной структуры собственных кристаллов — среда, однообразная по всем направлениям и имеющая центр симметрии. В нем нелинейность второго порядка отсутствует. Исходя из этого в этом случае ее ввели искусственно за счет приложения к кристаллу громадного электрического поля. Это стало причиной трансформации строения кристалла: атомы в нем как будто бы расшатываются и меняют места положения.

Следовательно, центр симметрии перестает существовать. Со своей стороны, это ведет к нелинейности зависимости отклика среды кремния на внешнее приложенное поле, на чем и основано воздействие модулятора.

Существующие кремниевые модуляторы легированы разными ядерными примесями для так именуемого p-i-n-перехода. Изменение напряжения на модуляторе попеременно концентрирует и рассеивает свободные носители заряда в волноводе для модуляции оптического сигнала, проходящего через данный волновод.

В устройстве исследователей из MIT при подаче напряжения свободные носители не планируют в центре устройства — они собираются на границе между n-типом (областью кремния, где носителями заряда являются электроны, от negative — отрицательный) и нелегированным кремнием. Хороший заряд накапливается на границе с кремнием р-типа (область кремния, где носителями заряда являются дырки, хорошие аналоги электронов, от positive — хороший), создавая электрическое поле, модулирующее оптический сигнал.

Модуляторы на базе новой схемы имеют преимущества. В простых модуляторах носители заряда при путешествии по волноводу смогут поглощать фотоны из окружающей среды, за счет чего оптический сигнал может изменяться. Модуляторы на базе новой схемы избавлены от таковой неприятности, поскольку носители не двигаются через целый волновод, а накапливаются на границах.

Ученые создали два прототипа — модулятор, что кодирует эти на оптическом луче, и удвоитель частоты — нужный компонент для лазеров, каковые смогут быть совершенно верно настроенными на диапазон разных частот. Кроме этого исследователи предполагают, что их устройство будет трудиться стремительнее, чем простой модулятор.

Авторы статьи предполагают, что введение нелинейности второго порядка в кремнии приведет к созданию нового класса интегральных схем, использующихся в квантовой радиофизике и спектроскопии, в частности в лазерах.

Статья размещена в издании Nature Photonics
Источник: chrdk.ru

Гибель Ан-148, новое рыло Родченкова и Tesla в космосе


Темы которые будут Вам интересны:

Читайте также: