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Tempo Velocità dell'obiettivo Dati ottici
I ricercatori della Cornell University hanno sviluppato un semplice dispositivo in silicio per velocizzare i dati ottici. Il dispositivo incorpora un chip di silicio chiamato lente temporale, lunghezze di fibra ottica e un laser. Suddivide un flusso di dati codificato a 10 gigabit al secondo, lo ricompone ed emette gli stessi dati a 270 gigabit al secondo. L'accelerazione della trasmissione dei dati ottici richiede solitamente molta energia e ottiche ingombranti e costose. Il nuovo sistema è efficiente dal punto di vista energetico ed è integrato su un chip di silicio compatto. Potrebbe essere utilizzato per spostare grandi quantità di dati a velocità elevate su Internet o su chip ottici all'interno dei computer.
Lente del tempo: Questo chip di silicio, chiamato lente temporale, è modellato con guide d'onda che dividono i segnali ottici e li combinano con la luce laser per accelerare la velocità dei dati.
La maggior parte dei dati delle telecomunicazioni di oggi è codificata a una velocità di 10 gigabit al secondo. Poiché gli ingegneri hanno cercato di espandersi a larghezze di banda maggiori, si sono imbattuti in un problema. Poiché si arriva a velocità di trasmissione dati molto elevate, non ci sono modi semplici per codificare i dati, afferma Alessandro Gaeta , professore di fisica applicata e ingegneristica alla Cornell University, che ha sviluppato il dispositivo al silicio con Michal Lipson , professore associato di ingegneria elettrica e informatica. Il loro lavoro è descritto online nella rivista Fotonica della natura .
Il nuovo dispositivo potrebbe anche rappresentare un passo fondamentale nello sviluppo di pratici chip ottici. Con l'accelerazione dell'elettronica, il consumo di energia sta diventando un problema più vincolante, soprattutto a livello di chip, afferma Fantastico Bergman , professore di ingegneria elettrica alla Columbia University, che non era coinvolto nella ricerca. Non puoi far funzionare il tuo laptop più velocemente senza che si surriscaldi e consumi più energia, afferma Bergman. L'elettronica ha un limite superiore di circa 100 gigahertz. I chip ottici potrebbero far funzionare i computer più velocemente senza generare calore disperso, ma a causa della natura della luce, i fotoni non amano interagire: ci vuole molta energia per creare segnali ottici veloci.
Il nuovo modulatore ultraveloce aggira questo problema perché può comprimere i dati codificati con apparecchiature convenzionali a velocità ultraelevate. Il dispositivo Cornell è chiamato telescopio temporale. Mentre una lente ordinaria cambia la forma spaziale di un'onda luminosa, una lente temporale la allunga o la comprime nel tempo. Brian Kolner , ora professore di scienze applicate e ingegneria elettrica e informatica presso l'Università della California, Davis, ha gettato le basi teoriche per la lente del tempo nel 1988 mentre lavorava presso Hewlett Packard . Ne ha realizzato uno nei primi anni '90, ma richiedeva un costoso modulatore a cristalli che richiedeva molta energia. Il lavoro di Cornell, dice Kolner, è un ragionevole passo avanti ingegneristico per ridurre le prove di principio a una pratica utile.
Ecco come funziona il sistema Cornell. Innanzitutto, un segnale viene codificato sulla luce laser utilizzando un modulatore convenzionale. Il segnale luminoso viene quindi accoppiato al chip Cornell attraverso una bobina in fibra ottica, che lo trasporta su una guida d'onda di silicio modellata su nanoscala. Proprio come un accordo di chitarra è composto da note di corde diverse, il segnale è composto da diverse frequenze di luce. Mentre si trova sul chip, il segnale interagisce con la luce di un laser, provocandone la suddivisione in queste frequenze componenti. La luce viaggia attraverso un'altra lunghezza di cavo su un'altra guida d'onda in silicio modellata su nanoscala, dove interagisce con la luce dello stesso laser. Nel processo, il segnale viene ricomposto, ma con la sua fase alterata. Quindi lascia il chip per mezzo di un altro tratto di fibra ottica, a una velocità di 270 gigabit al secondo.
La fisica è complessa, ma l'effetto finale, dice Bergman, è prendere un flusso di bit un po' lento e farli andare molto più veloci. Il telescopio temporale trasmette più dati in meno tempo e lo fa in modo efficiente dal punto di vista energetico, perché l'unica potenza richiesta è quella necessaria per far funzionare il laser.
Il dispositivo Cornell fa parte di una serie di recenti scoperte nella fotonica del silicio. Il silicio è questo straordinario materiale elettronico e per molto tempo è stato considerato un materiale ottico così così, afferma Gaeta. Negli ultimi cinque anni, i ricercatori hanno ribaltato questa nozione. Nel 2005, i ricercatori di Intel hanno realizzato il primo laser al silicio; successivamente, dal materiale sono stati ricavati altri componenti ottici, compresi i modulatori, dispositivi per la codifica delle informazioni sulle onde luminose. La gente continua a dire che devi sostituire il silicio per eseguire un'elaborazione ad altissima velocità, ma il silicio potrebbe essere la strada da percorrere, afferma Gaeta.
Attaccare con il silicone ha due vantaggi. Innanzitutto, i produttori dispongono già dell'infrastruttura per realizzare dispositivi in silicio. Puoi sfruttare tutte le tecnologie che sono state sviluppate per l'elettronica per realizzare dispositivi ottici, afferma Gaeta. E se elettronica e ottica possono essere realizzate con lo stesso materiale, potrebbe essere molto più semplice integrarle sullo stesso chip e far fare a ciascuna ciò che sanno fare meglio: elaborazione nel caso dell'elettronica, trasmissione dati ultraveloce nel caso dell'ottica .