• Пн
  • Вт
  • Ср
  • Чт
  • Пт
  • Сб
  • Вс

Представлен «световой коммутатор» для автомобилей будущего и компьютеров

16.11.2019 14:23
Представлен «световой коммутатор» для автомобилей будущего и компьютеров

Электроны давно зарекомендовали себя как незаменимый носитель сигналов в электронных цепях благодаря малым размерам и хорошему взаимодействию друг с другом и с материалами электронных схем. Фотоны, претендующие на ту же роль, могут делать то же самое быстрее и с меньшими затратами энергии, но они заметно больше электронов, что требует больше энергии на переключение световых потоков, а также они хуже взаимодействуют с материалами. На практике для дальней связи, например, электроны преобразуют в фотоны для передачи по оптическим каналам и на входе в электронику делают обратное преобразование. Было бы заманчиво избежать подобной затратной по всем статьям трансформации и создать оптические коммутаторы, которые бы напрямую управляли фотонами.

Графическое представление массива коммутаторов

Такой коммутатор создали учёные из Института электромагнитных полей при ETH Zurich вместе с американскими коллегами из NIST (National Institute of Standards and Technology) и шведского Технического университет им. Чалмерса в Гётеборге (Chalmers University in Gothenburg). Статья по теме выложена на сайте издания Science. В основе изобретения лежит явление под названием плазмоника. Плазмон ― это квазичастица, представляющая собой облако возбуждённых электронов на поверхности материала. Свет (фотоны), распространяясь вдоль границы между двух материалов в зазоре из воздуха или стекла, частично проникает в материалы и вызывает на их поверхности участки возбуждения ― те самые плазмоны. Тем самым возникает взаимодействие света с материалами, чем можно научиться управлять.

Созданный учёными электроннооптикомеханический переключатель представляет собой решётку из кремниевых или кварцевых волноводов, в местах пересечения которых встроены управляемые коммутаторы. По сути коммутаторы являются оптическими резонаторами, которые без потерь пропускают свет в волноводе по прямой или заставляют его повернуть под углом 90 градусов, если резонанс нарушается.

Сам по себе узел коммутатора ― это круглая золотая мембрана диаметром 4 мкм толщиной 40 нм. Между кремниевой подложкой и мембраной проложена небольшая по диаметру прокладка из оксида алюминия. Тем самым края мембраны могут подниматься или, при подаче питания под действием возникающего электростатического поля, прижиматься к подложке. Когда края мембраны подняты, фотоны беспрепятственно по прямой минуют коммутатор, но когда края опущены, между фотонами и материалом мембраны в зазоре возникают плазмоны. В этот момент фаза световой волны меняется на 180 градусов, условия для резонанса нарушаются и свет огибает мембрану для перенаправления под углом 90 градусов по перпендикулярному волноводу.

По словам учёных, переключение светового канала возможно со скоростью в несколько млн раз в секунду, хотя до пикосекундной скорости переключения модулятор не дотягивает и, следовательно, не подходит для прямой модуляции светового потока. Но даже в таком виде предложенный коммутатор может найти применение в системе компьютерного зрения автопилотов (в лидарах) и в квантовых оптических вычислителях. Самое главное, что технология подходит для выпуска коммутаторов с использованием обычного КМОП-техпроцесса. Управляющее напряжение не превышает 1 В, а электрические характеристики намного лучше, чем у современных более громоздких электроннооптикомеханических аналогов.

Источник

Следующая новость
Предыдущая новость

Большой выбор паяльных станций Качественные электросамокаты Кugoo MP4 Pro по лучшей цене Визуальная реклама на упаковке 50 бесплатных лайков на ваше фото в Инстаграм Выбирайте автомат и начинайте играть

Последние новости