Suurin ja nopein optinen kytkinpiiri

Jokainen yksittäinen "valokytkin" on rakennettu mikroskooppisen valtatien ylikulkusillan tapaan. Kun kytkin ei ole päällä, valo kulkee alempiin suoran linjan kanaviin (punaiset viivat). Kytkimen ohjaus laskee pienen rampin, joka vie valon sen kääntävään kanavaan (sininen viiva). Toinen ramppi laskee valon takaisin suoriin kanaviin.

Kalifornian Berkeleyn yliopiston insinöörit ovat rakentaneet uuden fotonikytkimen, joka voi ohjata optisten kuitujen läpi kulkevaa valon suuntaa nopeammin ja tehokkaammin kuin koskaan.

Tämä optinen liikenteen ohjauspiiri voisi jonain päivänä mullistaa informaation kulkua datakeskusten ja korkean suorituskyvyn supertietokoneiden kautta.

Fotoninen kytkin on rakennettu yli 50 000 mikroskooppisesta valokytkimestä, joista kukin ohjaa yhtä 240 valonsäteestä joko kääntymään oikealle, kun kytkin on päällä tai kulkemaan suoraan, kun kytkin on pois päältä.

Ryhmän 240 x 240 matriisi syövytetään piikiekkoon ja se kattaa vain hieman postimerkkiä suuremman alueen.

"Ensimmäistä kertaa piikytkimellä lähestymme suuria kytkimiä, joita voidaan rakentaa pelkästään bulkkioptiikkaa käyttäen", toteaa Ming Wu, sähkötekniikan ja tietojenkäsittelytieteen professori UC Berkeleyssä.

"Kytkimet eivät ole vain laajoja vaan ovat 10 000 kertaa nopeampia, joten voimme vaihtokytkeä dataverkkoja mielenkiintoisilla tavoilla, jollaisia monet eivät ole tulleet ajatelleeksikaan."

Tällä hetkellä ainoat fotonikytkimet, jotka voivat hallita satoja valonsäteitä kerralla, on rakennettu peileistä tai linsseistä, jotka täytyy kääntää fyysisesti valon suunnan vaihtamiseksi. Kukin kierros kestää noin kymmenesosan sekunnista, mikä on ikuisuus verrattuna sähköisiin tiedonsiirtonopeuksiin.

Uusi fotonikytkin rakennetaan käyttäen pieniä integroituja piirakenteita, jotka voivat kytkeytyä päälle ja pois mikrosekunnin murto-osassa, lähestyen nopeassa tiedonsiirtoverkossa tarvittavia nopeuksia.

Nykyiset fotonikytkimet eivät kykene sovittamaan kovin montaa yhteyttä ja ne kärsivät myös signaalihäviöstä.

Uudessa fotonikytkimessä valonsäteet kulkevat nanometrien ohuiden kanavien ristikkäisryhmän läpi, kunnes ne saavuttavat yksittäiset valokytkimet. Vaihtokytkimillä valoa voidaan ohjata suoraan kulkevien tai valon kulkua kääntävien kanavien läpi.

Tällä hetkellä voi toteuttaa 240 tulon ja 240 annon rakenteen, joten se on suurin koskaan raportoitu piipohjainen kytkin. Tutkijat pyrkivät parantamaan valmistustekniikkaansa tuottamaan vielä suurempia kytkimiä.

”Suurempia erilliskomponenteista rakentuvia kytkimiä on kaupallisesti saatavilla, mutta ne ovat hyvin hitaita, joten ne ovat käyttökelpoisia verkossa, jossa ei tarvita usein tapahtuvia vaihtoja”, selvittää tilannetta Ming Wu. ”Nyt tietokoneet toimivat erittäin nopeasti, joten jos haluat pysyä mukana tietokoneen nopeuksissa, tarvitset paljon nopeamman vaihtovasteen.

Aiheesta aiemmin:

Askeleita kohti fotonipiirejä

Valon kytkentää yhdellä atomilla