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.
Portál 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
Jadro Zeme ukrýva palivo na tisícky rokov. Ak ľudstvo prekoná výzvu, čaká ho neobmedzený pokrok
NASA netuší, čo sa to deje. Slnko spustilo oveľa ničivejší proces, než by mal byť
Vedci vytvorili nový „disk“, aký svet nevidel. Má extrémne úložisko ako 36-tisíc počítačov
Mesiac sa od Zeme vzďaľuje čoraz viac. Toto sa s ním stane v budúcnosti
Vedci prišli s alarmujúcim zistením: Zabudnutá rakovina naberá na sile, je mimoriadne agresívna
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP
Ministerka Šimkovičová skončila v nemocnici. Zdravotný stav zostáva nejasný
Pokuty až 5 000 eur: Slováci často netušia, že bežným kúrením porušujú zákon
Fico „na čele pelotónu“: Zarába 8-násobok priemernej mzdy, prekonal ho len jeden politik (REBRÍČEK)
MIMORIADNE: Policajti NAKA bez obvinení, generálny prokurátor Žilinka ich zrušil
Infarkt si vyberá obete medzi mladými. Vedci odhalili prekvapivé spúšťače, ktoré lekári často prehliadajú
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Hovoria o najlepšom filme posledných rokov. Oscarové prekvapenie je konečne online
- Česi pochopili krízu v Európe. Začali s modernizáciou, ktorá im zaručí energetickú nezávislosť
- Slovákom leží v zuboch dodnes. Toto je príbeh filmu, kvôli ktorému Habera zažaloval Tarantinovho žiaka
- Má dosiahnuť rýchlosť 4 000 km/h. Čína postavila levitujúci vlak, ktorý pochová lietadlá (+video)
- Ukrajina ide rozpútať peklo pre Rusov: Nasadí nezastaviteľné zbrane s dlhým doletom
-
- Na Slovensku odštartovala nová TV stanica. Dá sa pozerať úplne zadarmo a je v HD kvalite
- Má dosiahnuť rýchlosť 4 000 km/h. Čína postavila levitujúci vlak, ktorý pochová lietadlá (+video)
- Nič podobné nenašli vyše 150 rokov. Záhadný kameň v Egypte odhalil „posolstvo“ staré 2263 rokov
- Európska únia nezruší zákaz spaľovákov. Chystá však niečo, čo výrazne zniží ceny elektromobilov
- Na objavenie čakal 140 miliónov rokov. 15 km pod Európou našli vedci stratený svet
-
- Na objavenie čakal 140 miliónov rokov. 15 km pod Európou našli vedci stratený svet
- Na Slovensku odštartovala nová TV stanica. Dá sa pozerať úplne zadarmo a je v HD kvalite
- Pošlú ich rovno do šrotu. Kontroverzná regulácia Európskej komisie o autách je na spadnutie
- Nič podobné nenašli vyše 150 rokov. Záhadný kameň v Egypte odhalil „posolstvo“ staré 2263 rokov
- Prekvapivá krajina má obrovský záujem o slovenské zbrane. Štát rokuje o kúpe pokročilých systémov
Nečakaná krajina zbrojí na úroveň veľmocí. Od Izraelu kúpila zbrane za vyše 2 miliardy eur
Nenápadný faktor nás oberá o miliardy eur: Európska únia je pod tlakom extrémnych javov, ničia ekonomiku štátov
Slováci v tom majú jasno: Táto vec najviac znečisťuje ovzdušie v našej krajine
Americký gigant má na krku vážny problém. Na pôde východnej mocnosti porušil dôležitý zákon
Izolujú sa od sveta. Táto krajina svoj jadrový status zakotvila v zákone, Západ je v obavách
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP