Au début, les gens ont inventé et créé de nouveaux appareils. Puis il a perfectionné leur travail. Et ensuite? Et puis - réduire la taille de cet appareil avec les mêmes (ou même meilleures) caractéristiques et puissance. Les scientifiques de l'Université de l'Oregon ont donc suivi le même chemin et créé le plus petit modulateur électro-optique à l'heure actuelle. La taille de cette invention est de 0,6 microns par 8 microns. Seules les bactéries peuvent se vanter de telles dimensions, et ce n'est pas tout. Étant 10 fois plus petit que des appareils similaires, le mini-modulateur consomme 100 fois moins d'énergie. Dans le même temps, son efficacité opérationnelle n'a pas diminué en raison de la réduction de la taille et de la consommation d'énergie.
Nous utilisons tous maintenant en quelque sorte des appareils qui se connectent à des réseaux de fibres optiques. Grâce aux réseaux à fibres optiques, les informations sont transmises sous la forme d'un code binaire. Il s'agit d'une description très exagérée de l'application. Pour que tout fonctionne comme prévu et que les informations n'aient pas été endommagées et aient été transférées si nécessaire, un dispositif de contrôle est nécessaire. Un tel dispositif est un modulateur électro-optique. Ces appareils miniatures contrôlent le flux de photons de lumière qui traversent l'appareil. Ensuite, le signal optique des informations transmises est modulé.
La base de la création du mini-modulateur était constituée d'oxydes transparents ayant les propriétés des semi-conducteurs. Un tel matériau a permis non seulement de connecter la grille avec un condensateur semi-conducteur à oxyde métallique et un cristal photonique ultra-compact, mais aussi de réduire le niveau de perte optique à 0,5 dB. Et l'efficacité du mini-modulateur était de 46 fJ / bit (femtojoules par bit).
Les créateurs eux-mêmes dans leur rapport disent ce qui suit:
La photonique sur silicium a le potentiel de transformer les futurs systèmes optiques en réduisant la consommation d'énergie et en augmentant le débit des systèmes électroniques actuels grâce à l'utilisation de CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor - structure complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur). En plus d'utiliser des dispositifs à photons de silicium dans les réseaux optiques, ils peuvent contrôler des portes logiques pour effectuer certains calculs optiques. Cependant, l'efficacité des dispositifs photoniques au silicium reste limitée par la limite de défécation et l'effet de dispersion du plasma plutôt faible. Bien que le silicium ait un indice de réfraction relativement élevé, il peut raccourcir la longueur d'onde à l'intérieur du guide d'onde en silicium proportionnellement à l'échelle λ / n, à environ 400-600 nm. Une réduction supplémentaire de la taille du dispositif nécessite l'utilisation d'un polariton de surface, qui lie les ondes à l'interface entre le métal et le diélectrique. La distribution lumineuse extrêmement forte du guide d'onde métal-isolant-métal (MIM) a démontré les capacités des modulateurs plasmon ultra-compacts et haute fréquence. Cependant, les structures et les dispositifs plasmoniques sont très petits et ne peuvent transporter des informations que sur une très courte distance. Par conséquent, pour de vrais réseaux optiques, il est nécessaire d'utiliser une interaction hybride plasma-guide diélectrique, ce qui augmente la complexité de conception et de fabrication.
Structure du modulateur
(a) - Diagramme 3D du modulateur;
(b) est une micrographie couleur d'un modulateur électronique à balayage. L'image montre une région agrandie du condensateur MOS (semi-conducteur à oxyde métallique);
(c) une image optique du modulateur.Le diagramme (a) montre une nano-plaque d'oxyde d'indium-étain en polycarbonate de silicium 1-D. L'appareil se compose d'un condensateur MOS intégré au centre de la nano-cavité sur un guide d'onde en silicium demi-onde, qui est situé sur une base SOI (silicium sur isolant) de 500 nm de largeur et 250 nm de longueur. Une paire de coupleurs de diffraction est intégrée pour déféquer la lumière dans la fibre optique. Une plaque en polycarbonate définit les limites de la lithographie par faisceau d'électrons et de la gravure ionique réactive. Deux segments en miroir de cristaux photoniques sont situés sur la nano-plaque. La taille du trou d'air se rétrécit de façon quadratique depuis le centre de la plaque jusqu'aux bords des deux segments de miroir. Chacun d'eux a 12 de ces trous. Le facteur de remplissage passe de 0,23 au centre à 0,1 sur les bords. Ce coefficient est exprimé par la formule
f = A / pw , où
A est la région du trou d'air,
p est l'écart entre les trous,
w est la largeur du guide d'onde. Pour que le modulateur fonctionne dans les guides d'ondes de télécommunications, p est de 340 nm. Au centre de la plaque, un film ITO / SiO2 / Si crée un condensateur MOS; son image en coupe est présentée ci-dessous:
Si vous souhaitez vous familiariser avec les détails concernant ce modulateur, vous pouvez suivre le
lien vers la paternité du rapport de ses créateurs .
ÉpilogueLes technologies se développent et s'améliorent. Et ce processus n'est pas toujours associé à une augmentation exclusive de leur efficacité ou de leur puissance. À l'heure actuelle, le développement de l'humanité accorde de plus en plus d'attention aux vignettes des appareils existants. La tâche principale de ce processus est de maintenir l'efficacité énergétique et la productivité de l'appareil ou même d'améliorer ces indicateurs tout en réduisant sa taille réelle.
Le mini-modulateur créé est un exemple frappant de la façon de le réduire. Il est devenu 10 fois plus petit que ses prédécesseurs et, en même temps, 100 fois plus économe en énergie. Ces caractéristiques seront d'un grand intérêt pour les chercheurs de supercalculateurs qui ont besoin de performances maximales à un coût minimal. Le matin, nous pouvons dire que ceux qui ne veulent pas créer un supercalculateur capable de répondre à toute question qui fonctionne sur les doigts des piles, comme une télécommande de télévision.
Merci de rester avec nous. Aimez-vous nos articles? Vous voulez voir des matériaux plus intéressants? Soutenez-nous en passant une commande ou en le recommandant à vos amis, une
réduction de 30% pour les utilisateurs Habr sur un analogue unique de serveurs d'entrée de gamme que nous avons inventés pour vous: Toute la vérité sur VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 cœurs) 10 Go DDR4 240 Go SSD 1 Gbps à partir de 20 $ ou comment diviser le serveur? (les options sont disponibles avec RAID1 et RAID10, jusqu'à 24 cœurs et jusqu'à 40 Go de RAM DDR4).
Dell R730xd 2 fois moins cher? Nous avons seulement
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128 Go DDR4 6x480 Go SSD 1 Gbps 100 TV à partir de 249 $ aux Pays-Bas et aux États-Unis! Pour en savoir plus sur la
création d'un bâtiment d'infrastructure. classe utilisant des serveurs Dell R730xd E5-2650 v4 coûtant 9 000 euros pour un sou?