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
3D tlač prekonala všetky limity. Katar vytvoril najväčšiu budovu na svete postavenú revolučnou metódou
Záhadný kameň v Egypte nechal vedcov v nemom úžase. Odhalil tajomstvo ukryté 5000 rokov
Neverili vlastným očiam: Vedci v hlbokom vesmíre objavili známe „zviera”
Vedci šokovali svet. Dramaticky zlepšili životnosť batérií elektromobilov pomocou dreva
Nikto netušil, čo sa deje: Záhadný objekt k nám vysiela rádiové signály už od roku 1988
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP
Slováci si polepšia: Budú mať vyššie výplaty, aj keď im zamestnávateľ nepridá
Umelá inteligencia mi ušetrila 780 eur mesačne. Nie je to hype, zjednodušilo mi to život
Unikol interný dokument: Krajiny EÚ chcú utajiť plány na koniec ruského plynu
„Sme pripravení predať milión áut ročne.“ Tím startupistov ide zmeniť jeden z najkonzervatívnejších trhov v Európe
Firmy sa chystajú na nástup generácie Alfa: „Manažér už nebude autorita, ale game master“
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Televízory Slovákov úmyselne zhoršujú kvalitu obrazu. Je to špinavý marketing, takto ho opravíš
- Benzín a nafta definitívne skončili. Čerpacie stanice ich nahradia „novými“ palivami, vieme kedy
- Záhadný kameň v Egypte nechal vedcov v nemom úžase. Odhalil tajomstvo ukryté 5000 rokov
- Brusel chce zarezať telekomunikačných operátorov. Proti novému zákonu sú všetky štáty EÚ
- Sci-fi „kladivo“ je realitou. Nová zbraň Západu desí nepriateľov, nemajú proti nej šancu
-
- Televízory Slovákov úmyselne zhoršujú kvalitu obrazu. Je to špinavý marketing, takto ho opravíš
- Benzín a nafta definitívne skončili. Čerpacie stanice ich nahradia „novými“ palivami, vieme kedy
- V spoľahlivosti nemajú konkurenciu. Týchto 5+1 automobiliek má najlepšie motory (PREHĽAD)
- Záhadný kameň v Egypte nechal vedcov v nemom úžase. Odhalil tajomstvo ukryté 5000 rokov
- Brusel chce zarezať telekomunikačných operátorov. Proti novému zákonu sú všetky štáty EÚ
-
- Rusi ani netušili, čo im zlikvidovalo najdrahší systém. Ukrajina použila zbraň, akú svet ešte nevidel
- V spoľahlivosti nemajú konkurenciu. Týchto 5+1 automobiliek má najlepšie motory (PREHĽAD)
- V Európe sa vylodili tisícky čínskych elektromobilov. Doviezla ich obrovská loď so šokujúcim pohonom a výkonom
- Televízory Slovákov úmyselne zhoršujú kvalitu obrazu. Je to špinavý marketing, takto ho opravíš
- Slovensko čaká najväčšia dopravná novela za roky. Nový zákon udrie na cestných pirátov aj e-kolobežky (PREHĽAD)
Trump mení stratégiu: Zbrane pre Ukrajinu pôjdu cez NATO, voči Rusku chystá zásadné vyhlásenie
Takto sa zneužíva home office. Odborári odhalili praktiky, ktoré sa ťa môžu týkať
Očkovanie neodmietali nevzdelaní. Nová štúdia odhalila iný faktor
Tržby TSMC prekonali očakávania. Čipy pre AI lámu rekordy
Slovensko má najdrahšie palivá v regióne. Analytici majú vysvetlenie
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP