Revolúcia optických sietí je na obzore. Zariadenie premieňa elektronické signály na ultrarýchle svetelné signály
Vedcom z univerzity ETH Zürich sa poradilo niečo, o čo sa vedecká komunita snaží už viac ako 20 rokov. Dokázali vyrobiť plazmonický čip, ktorý konvertuje elektronické signály na svetelné takmer bez strát, čo umožní ultrarýchle dátové prenosy.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom oknePortál TechXplore nedávno upozornil na nový výskum vedcov z univerzity ETH Zürich, ktorí v rámci európskych výskumných projektov Horizon 2020 vyrobili prelomový plazmonický čip. Ten je schopný konvertovať rýchle elektronické signály na ultrarýchle svetelné signály prakticky bez straty kvality prenášaného signálu.
Ich výskum, publikovaný v žurnále Nature Electronics, predstavuje významný moment, pokiaľ ide o účinnosť optických komunikačných infraštruktúr, ako sú optické siete, ktoré používajú na prenos údajov svetlo.

Na konci tohto desaťročia môžu optické komunikačné siete dosiahnuť svoje limity, pokiaľ ide o rýchlosť prenosu údajov. Dôvodom je rastúci dopyt po online službách pre streamovanie, ukladanie a výpočty, a zároveň aj príchod umelej inteligencie a 5G.
Dnešné optické siete dosahujú rýchlosti prenosu dát niekoľkých gigabitov (109 bitov) za sekundu. V budúcnosti sa však bude potrebné, aby prenosové rýchlosti dosiahli oblasť terabitov (1012 bitov za sekundu).
Elektronika a fotonika na jednom čipe
„Rastúci dopyt si bude vyžadovať nové riešenia,“ hovorí Juerg Leuthold, profesor fotoniky a komunikácií na univerzite ETH. „Kľúčom k tejto zmene paradigmy je kombinácia elektronických a fotonických prvkov na jednom čipe.“ V oblasti fotoniky sa študujú optické technológie na prenos, ukladanie a spracovanie informácií.
Vedci z ETH v experimente uskutočnenom v spolupráci s partnermi v Nemecku, USA, Izraeli a Grécku, boli prvýkrát schopní spojiť elektronické a fotonické prvky na jednom a tom istom čipe. Z technického hľadiska je to gigantický pokrok, nakoľko v súčasnosti sa tieto prvky vyrábajú na samostatných čipoch, ktoré sú následne prepojené pomocou vodičov.
Prístup samostatných elektronických a fotonických čipov má niekoľko nevýhod. Na jednej strane je výroba elektronických a fotonických čipov osobitne nákladná, na druhej strane je obmedzená výkonnosť pri konverzii elektronických signálov na svetelné signály, a tým je obmedzená aj prenosová rýchlosť v komunikačných sieťach s optickými vláknami.
„Ak prevádzate elektronické signály na svetelné signály pomocou samostatných čipov, stratíte značné množstvo kvality. To tiež obmedzuje rýchlosť prenosu údajov pomocou svetla,“ uviedol Ueli Koch, hlavný autor štúdie.
Prístup nového čipu preto začína modulátorom (komponentom na čipe), ktorý generuje svetlo danej intenzity premenou elektrických signálov na svetelné vlny. Aby bolo možné svetlo (respektíve dáta) prenášať rýchlejšie, veľkosť modulátora musí byť čo najmenšia, čím sa zabráni strate kvality a intenzity v procese konverzie.
Túto kompaktnosť je možné dosiahnuť umiestnením elektronických a fotonických komponentov tesne nad sebou, napríklad do dvoch vrstiev, a ich priamym spojením s čipom. Toto vrstvenie elektroniky a fotoniky skracuje prenosové cesty a znižuje straty z hľadiska kvality signálu. Keďže elektronika a fotonika sú implementované na jednom substráte, vedci opisujú prístup ako „monolitickú ko-integráciu“.

Za posledných 20 rokov zlyhával monolitický prístup práve preto, že fotonické čipy boli omnoho väčšie ako elektronické. To bránilo ich kombinácii na jednom čipe, hovorí Juerg Leuthold. Veľkosť fotonických prvkov znemožňovala ich kombináciu s technológiou polovodičov na báze oxidov kovov (CMOS), ktorá je dnes v elektronike rozšírená.
Riešením je plazmonika
„Teraz sme prekonali rozdiel vo veľkosti medzi fotonikou a elektronikou nahradením fotoniky plazmonikou,“ povedal Leuthold. Už desaťročie vedci predpovedajú, že plazmonika (oblasť fotoniky) by mohla byť základom pre ultrarychlé čipy. Plazmoniku je totižto možné použiť na „stlačenie“ svetelných vĺn do štruktúr, ktoré sú oveľa menšie ako vlnová dĺžka svetla.
Nakoľko sú plazmonické čipy menšie ako elektronické, v súčasnosti je možné vyrábať oveľa kompaktnejšie monolitické čipy, ktoré obsahujú jednak fotonickú, ale aj elektronickú vrstvu. Aby sa elektrické signály konvertovali na ešte rýchlejšie optické signály, obsahuje fotonická vrstva (na obrázku zobrazená červenou farbou) a modulátor plazmónovej intenzity (žltomodrý komponent), ktorý je založený na kovových štruktúrach usmerňujúce svetlo, aby sa dosiahli vyššie rýchlosti.
Okrem toho dochádza k zvýšeniu rýchlosti aj v elektronickej vrstve (na obrázku v modrej farbe). V procese známom ako „multiplexovanie 4:1“ sa zoskupujú a zosilňujú štyri vstupné signály s nízkou rýchlosťou, takže spoločne tvoria vysokorýchlostný elektrický signál. Ten sa potom prevádza na vysokorýchlostný optický signál.
„Týmto spôsobom sme mohli prvýkrát prenášať údaje na monolitickom čipe s rýchlosťou viac ako 100 gigabitov za sekundu,“ hovorí Koch
Pre dosiahnutie tejto rekordnej rýchlosti vedci kombinovali plazmoniku nielen s klasickou CMOS elektronikou, ale aj s ešte rýchlejšou technológiou BiCMOS. Zároveň tiež využili nový tepelne stabilný elektrooptický materiál vyvinutý na Washingtonskej univerzite a poznatky z projektov PLASMOfab a plaCMOS spadajúcich pod Horizon 2020.
Podľa Leutholda ich experiment ukázal, že tieto technológie je možné kombinovať a vytvoriť jeden z najrýchlejších kompaktných čipov.
Čítajte viac z kategórie: Novinky
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú

Zem je zachránená. Odborníci našli konečné riešenie na klimatickú krízu, máme ho „pod nosom"

Na obežnej dráhe sa prepísala história. Robot ukázal, ako by ľudstvo mohlo stavať priamo vo vesmíre

Slnko môže mať tajomného dvojníka. Podľa fyzika by mohol súvisieť aj s vyhynutím dinosaurov

Fyzici dosiahli prelom, na ktorý sa dlho čakalo. Vytvorili zvláštny stav hmoty pri izbovej teplote

Jeden úkaz za druhým. Nad Slovenskom čoskoro uvidíš až tri vzácne vesmírne divadlá
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Bývanie zadarmo za 2 hodiny práce denne: Farma v najšťastnejšej krajine sveta hľadá dobrovoľníkov
PREMIUMZačínali so 4 000 eurami, dnes točia milióny. Bratia zbohatli na biznise so švihadlami

Ak ťa trápi pálenie záhy, pomôcť môže jednoduchý trik. Lekári odporúčajú pravidlo 3 hodín

Sociálna poisťovňa ti môže poslať 1 050 eur v jednej platbe. Vedia o tom len máloktorí, stačí splniť podmienku

Japonský gigant ruší závod na Slovensku: Prepúšťa a sťahuje výrobu do inej krajiny, inde je to lacnejšie
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Slováci sa majú pripraviť na 72-hodinovú krízu. Tieto batérie udržia internet, chladničku aj kúrenie
- Čakáme naň 21 rokov. Kultový film sa vráti, nie však v podobe, akú diváci chceli
- Najlepší film roka dorazil online. Na ČSFD má neuveriteľných 91 %
- Čína prekonala rekord západných vedcov. Vo vesmíre dosiahli niečo, čo sa ešte nikomu nepodarilo
- Toto už nie je len dron. Najväčšia zbrojovka sveta ukázala sci-fi zbraň, akú svet ešte nevidel
-
- Mesto zničí na vzdialenosť 15 000 km. Čína nasadila novú jadrovú zbraň, nedá sa zastaviť
- Čakáme naň 21 rokov. Kultový film sa vráti, nie však v podobe, akú diváci chceli
- Slováci sa majú pripraviť na 72-hodinovú krízu. Tieto batérie udržia internet, chladničku aj kúrenie
- Veľký zvrat vo vojne: Ukrajina dostane zákernú zbraň, ktorá zničí Rusov v okruhu 2 000 m²
- Totálna nehoráznosť. Večný spojenec Ruska si z Ukrajiny spravil cvičisko rakiet a Západ nechápe
-
- Rusi vsadili karty na odpísaný pohon. Ich nový vlak prejde 740 km bez kvapky nafty
- Čakáme naň 21 rokov. Kultový film sa vráti, nie však v podobe, akú diváci chceli
- Fyzici čakali na tento moment 42 rokov. V CERNe zachytili dôkaz mimoriadne vzácneho javu
- Mesto zničí na vzdialenosť 15 000 km. Čína nasadila novú jadrovú zbraň, nedá sa zastaviť
- Svätý grál energetiky je na dosah ruky. Európa úspešne otestovala gigantický 330-tonový magnet
Volkswagen prepustí až 100-tisíc ľudí. Z Nemecka napriek tomu zazneli prekvapivé slová
Európa čakala veľký solárny prepad. Zatmenie ukázalo, prečo veľké číslo pre Slovensko neplatilo
Výrobcom počítačov a mobilov končí obľúbený trik. EÚ prísne skoncuje s falošnou ekológiou
Má stáť zelená energia 120 eur za MWh? ÚRSO označil zelenú energiu za drahý omyl, pravda je iná
Európa chcela odstrihnúť Putina, deje sa však opak. Dovoz ruského LNG prudko vzrástol
USA chystajú vesmírny štít za 160 miliárd eur. Prvý ostrý zásah príde v roku 2029
Mochovce dosiahli kľúčový míľnik. Štvrtý blok už rozbehol jadrovú reakciu
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Bývanie zadarmo za 2 hodiny práce denne: Farma v najšťastnejšej krajine sveta hľadá dobrovoľníkov
PREMIUMZačínali so 4 000 eurami, dnes točia milióny. Bratia zbohatli na biznise so švihadlami

Ak ťa trápi pálenie záhy, pomôcť môže jednoduchý trik. Lekári odporúčajú pravidlo 3 hodín

Sociálna poisťovňa ti môže poslať 1 050 eur v jednej platbe. Vedia o tom len máloktorí, stačí splniť podmienku



