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
Fosílne palivá skončili. 15 km pod zemou našli nekonečný zdroj vzácnej energie, má to malý háčik
Má rieky a moria, no chýba mu zásadná vec. Vedci objavili záhadu na mesiaci Saturna
Vedci majú ultimátnu zbraň proti rakovine. Má presnosť 99 % a stačí jej pár kvapiek krvi
Celú dobu sme sa mýlili. Konečne našli, čo vyhubilo dinosaurov
Ľudia majú v krvi látku, ktorá nás ticho zabíja. Vedci našli alarmujúci dôkaz
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP
Slovensko čelí ekonomickému kolapsu: Odborníci navrhujú zrušenie sviatkov, 13. dôchodkov aj skrátenie prázdnin
„Učenie je nevyhnutnosť, nie výhoda.“ Expert radí, do akého vzdelania sa oplatí investovať v čase krízy
25-ročný Sebastian za 4 dni vytvoril biznis s obratom 9 300 eur mesačne. „Už som nechcel budovať hodnotu pre niekoho iného“
Rusko a Čína obchádzajú Západ. Ruské banky vytvorili skrytý kanál na miliardové transakcie s Pekingom
Bežné jedlo Slovákov môže stáť život: 3 porcie týždenne zvyšujú riziko rakoviny a úmrtia o 27 %, varujú vedci
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Najobľúbnejšia pirátska služba Slovákov skončila. Tisíce filmov a seriálov si už nepozrieš
- Slovákom rozdávajú mobily zadarmo. Veľká banka sa spojila s operátorom, toto sú podmienky
- Čína dostala „podpásovku”. Západ našiel geniálny spôsob, ako ukončí jej monopol na kritickej surovine
- Západ má vážny problém. Čínske stíhačky dostali ďalšie kritické vylepšenie
- Disponuje extrémnou maximálkou a dojazdom 700 km. Ukrajinci nasadili zbraň, o ktorej nikto nevedel
-
- Najobľúbnejšia pirátska služba Slovákov skončila. Tisíce filmov a seriálov si už nepozrieš
- Čína dostala „podpásovku”. Západ našiel geniálny spôsob, ako ukončí jej monopol na kritickej surovine
- Slovákom rozdávajú mobily zadarmo. Veľká banka sa spojila s operátorom, toto sú podmienky
- EÚ ide po vodičoch. Zavádza drastické zmeny, ktoré pocítia aj Slováci (PREHĽAD)
- Japonci majú vážny problém. Ich ikonická stavba za 20 miliárd dolárov mizne v mori, čas sa kráti
-
- Najobľúbnejšia pirátska služba Slovákov skončila. Tisíce filmov a seriálov si už nepozrieš
- Veľmoc objavila 35 miliónov ton veľmi vzácnej suroviny. Prinesie im ohromné bohatstvo
- Váži 8 ton a zlikviduje ciele aj 100 metrov pod zemou. Odhalili najväčšiu jadrovú raketu na svete
- Toto je rebríček najmenej poruchových áut. Nájdeš medzi nimi aj svoje?
- Vedci neverili vlastným očiam. Po vyše 4 000 rokoch našli zabudnuté mesto, z ktorého im padla sánka
AKTUÁLNE: Slovenská zdravotná poisťovňa má dnes odstávku služieb. Nefunguje jej web ani aplikácia
Historický míľnik pre Čínu. Uhlie už nie je lídrom v energetickej produkcii
Žilina vsádza na solárnu energiu. Mesto pokryje verejné budovy panelmi
BYD zdvojnásobil zisk. Čínska vlna elektromobility naberá na sile
Rakúsko ich má 23, Slovensko možno čoskoro prvú v Málinci. Miestni proti prečerpávacej elektrárni protestujú
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP
Slovensko čelí ekonomickému kolapsu: Odborníci navrhujú zrušenie sviatkov, 13. dôchodkov aj skrátenie prázdnin
„Učenie je nevyhnutnosť, nie výhoda.“ Expert radí, do akého vzdelania sa oplatí investovať v čase krízy
25-ročný Sebastian za 4 dni vytvoril biznis s obratom 9 300 eur mesačne. „Už som nechcel budovať hodnotu pre niekoho iného“
Rusko a Čína obchádzajú Západ. Ruské banky vytvorili skrytý kanál na miliardové transakcie s Pekingom
Bežné jedlo Slovákov môže stáť život: 3 porcie týždenne zvyšujú riziko rakoviny a úmrtia o 27 %, varujú vedci
Copyright© 2025 by Startitup, s. r. o. Všetky práva vyhradené