Zuerst erfanden und schufen Menschen neue Geräte. Dann perfektionierte er ihre Arbeit. Was kommt als nächstes? Und dann - Reduzierung der Größe dieses Geräts bei gleichen (oder noch besseren) Eigenschaften und gleicher Leistung. Daher gingen Wissenschaftler der University of Oregon denselben Weg und entwickelten derzeit den kleinsten elektrooptischen Modulator. Die Größe dieser Erfindung beträgt 0,6 Mikrometer mal 8 Mikrometer. Nur Bakterien können sich solcher Dimensionen rühmen, und das ist noch nicht alles. Der Mini-Modulator ist zehnmal kleiner als ähnliche Geräte und verbraucht 100-mal weniger Energie. Gleichzeitig hat sich die betriebliche Effizienz aufgrund der Verringerung der Größe und des Energieverbrauchs nicht verringert.
Wir alle verwenden jetzt irgendwie Geräte, die mit Glasfasernetzen verbunden sind. Über Glasfasernetzwerke werden Informationen in Form eines Binärcodes übertragen. Dies ist eine sehr übertriebene Beschreibung der Anwendung. Damit alles wie vorgesehen funktioniert und die Informationen nicht beschädigt und gegebenenfalls übertragen wurden, ist ein Steuergerät erforderlich. Eine solche Vorrichtung ist ein elektrooptischer Modulator. Diese Miniaturvorrichtungen steuern den Fluss von Lichtphotonen, die durch die Vorrichtung hindurchtreten. Dann wird das optische Signal der übertragenen Information moduliert.
Grundlage für die Herstellung des Minimodulators waren transparente Oxide mit den Eigenschaften von Halbleitern. Ein solches Material ermöglichte es nicht nur, das Gate mit einem Metalloxid-Halbleiterkondensator und einem ultrakompakten photonischen Kristall zu verbinden, sondern auch den optischen Verlust auf 0,5 dB zu reduzieren. Der Wirkungsgrad des Minimodulators betrug 46 fJ / Bit (Femtojoule pro Bit).
Die Autoren selbst sagen in ihrem Bericht Folgendes:
Die Siliziumphotonik hat das Potenzial, zukünftige optische Systeme zu transformieren, indem sie den Energieverbrauch senkt und den Durchsatz aktueller elektronischer Systeme durch den Einsatz von CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor - Komplementäre Metalloxid-Halbleiter-Struktur) erhöht. Zusätzlich zur Verwendung von Siliziumphotonenvorrichtungen in optischen Netzwerken können sie Logikgatter steuern, um bestimmte optische Berechnungen durchzuführen. Die Effizienz von photonischen Siliziumvorrichtungen bleibt jedoch durch die Defäkationsgrenze und den eher geringen Plasmadispersionseffekt begrenzt. Obwohl Silizium einen relativ hohen Brechungsindex aufweist, kann es die Wellenlänge innerhalb des Siliziumwellenleiters proportional zur λ / n-Skala auf etwa 400 bis 600 nm verkürzen. Eine weitere Verringerung der Größe der Vorrichtung erfordert die Verwendung eines Oberflächenpolaritons, das die Wellen an der Grenzfläche zwischen dem Metall und dem Dielektrikum bindet. Die extrem starke Lichtverteilung des Metall-Isolator-Metall (MIM) -Wellenleiters hat die Fähigkeiten ultrakompakter und hochfrequenter Plasmon-Modulatoren demonstriert. Plasmonische Strukturen und Geräte sind jedoch sehr klein und können Informationen nur über eine sehr kurze Distanz übertragen. Daher ist es für reale optische Netzwerke erforderlich, eine hybride Plasma-Dielektrikum-Wellenleiter-Wechselwirkung zu verwenden, was die Komplexität von Design und Herstellung erhöht.
Modulatorstruktur
(a) - 3D-Diagramm des Modulators;
(b) ist eine farbmikroskopische Aufnahme eines Rasterelektronenmodulators. Das Bild zeigt einen vergrößerten Bereich des MOS-Kondensators (Metalloxidhalbleiter);
(c) ein optisches Bild des Modulators.Diagramm (a) zeigt eine 1-D-Siliziumpolycarbonat-Indium-Zinnoxid-Nanoplatte. Die Vorrichtung besteht aus einem MOS-Kondensator, der in der Mitte des Nanohohlraums auf einem Halbwellen-Siliziumwellenleiter eingebettet ist, der sich auf einer SOI-Basis (Silizium auf einem Isolator) mit einer Breite von 500 nm und einer Länge von 250 nm befindet. Ein Paar Beugungskoppler ist integriert, um Licht in der optischen Faser zu entleeren. Eine Polycarbonatplatte setzt die Grenzen der Elektronenstrahllithographie und des reaktiven Ionenätzens. Auf der Nanoplatte befinden sich zwei gespiegelte Segmente photonischer Kristalle. Die Größe des Luftlochs verjüngt sich quadratisch von der Mitte der Platte zu den Rändern der beiden Spiegelsegmente. Jeder von ihnen hat 12 solcher Löcher. Der Füllfaktor verringert sich von 0,23 in der Mitte auf 0,1 an den Rändern. Dieser Koeffizient wird durch die Formel
f = A / pw ausgedrückt, wobei
A der Bereich des Luftlochs ist,
p der Spalt zwischen den Löchern ist,
w die Breite des Wellenleiters ist. Damit der Modulator in Telekommunikationswellenleitern arbeitet, beträgt p 340 nm. In der Mitte der Platte erzeugt ein ITO / SiO2 / Si-Film einen MOS-Kondensator, dessen Schnittbild unten dargestellt ist:
Wenn Sie sich mit den Details zu diesem Modulator vertraut machen möchten, können Sie dem
Link zur Autorenschaft des Berichts seiner Ersteller folgen.
NachwortTechnologien entwickeln und verbessern sich. Und dieser Prozess ist nicht immer mit einer ausschließlichen Steigerung ihrer Effizienz oder Leistung verbunden. Im Moment widmet die Entwicklung der Menschheit Miniaturen bestehender Geräte immer mehr Aufmerksamkeit. Die Hauptaufgabe in diesem Prozess besteht darin, die Energieeffizienz und Produktivität des Geräts aufrechtzuerhalten oder diese Indikatoren sogar zu verbessern und gleichzeitig die tatsächliche Größe zu verringern.
Der erstellte Mini-Modulator ist ein anschauliches Beispiel für die Reduzierung. Es ist zehnmal kleiner als seine Vorgänger und gleichzeitig 100-mal energieeffizienter geworden. Solche Eigenschaften werden für Forscher von Supercomputern von großem Interesse sein, die maximale Leistung bei minimalen Kosten benötigen. Am Morgen kann man sagen, dass man keinen Supercomputer entwickeln möchte, der in der Lage ist, Fragen zu beantworten, die wie eine TV-Fernbedienung mit den Fingern von Batterien laufen.
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