Logiikkaportteja valopulsseille

11.11.2020

Osaka-Taiwan-epalineaarisuus_piissa-300.jpg100 000 -kertainen parannus piin epälineaarisuudessa mahdollistaa valo-ohjatun optisen kytkimen aallonpituudelle 592 nm. Signaalivalon intensiteettiä kytketään 543 nanometrin laserpulsseilla. Credit: Osaka University

(10.11.2020) Osakan yliopiston ja Taiwanin kansallisen yliopiston johtama tutkijaryhmä on luonut nanomittakaavan piiresonaattorijärjestelmän, joka voi toimia logiikkaportteina valopulsseille. Tämä työ voi johtaa uuden sukupolven piipohjaisiin tietokoneprosessoreihin, jotka kurottavat kuilua elektronisten ja optisten signaalien välillä.

Pii on kaiken modernin sähköisen tietojenkäsittelyn perusta. Tietoliikenteessä dataa siirretään kuitenkin ensisijaisesti valopulsseina. Kyky hallita sekä dataa että logiikkaa kokonaan piivalolla voi johtaa paljon nopeampiin laitteisiin.

Haasteena on, että fotonit eivät juurikaan ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, joten pulssit eivät voi kytkeä toisiaan päälle tai pois päältä loogisten tehtävien suorittamiseksi.

Epälineaarinen optiikka on tutkimusalue, joka etsii materiaaleja, joissa valonsäteet ovat vuorovaikutuksessa jollakin tavalla. Valitettavasti yksikiteisen piin epälineaarisuus on erittäin heikkoa.

Nyt Osakan ja Taiwanin tutkijat ovat kasvattaneet piin epälineaarisuutta 100 000 -kertaisesti luomalla nano-optisen resonaattorin, joten täysoptisia kytkimiä voidaan käyttää jatkuvatoimisella pienitehoisella laserilla.

He saavuttivat tämän valmistamalla pienet resonaattorit piikappaleista, joiden koko on alle 200 nm. Laservalo, jonka aallonpituus on 592 nm, voi jäädä loukkuun sisälle ja lämmittää lohkoja nopeasti Mie-resonanssin periaatteen mukaisesti. "Mie-resonanssi esiintyy, kun nanopartikkelin koko vastaa valon aallonpituuden moninkertaista määrää", sanoo tutkija Yusuke Nagasaki.

Kun nanolohko on termo-optisesti indusoidussa kuumassa tilassa, toinen lasersyke 543 nm:llä voi kulkeutua läpi melkein ilman sirontaa, mitä ei tapahdu, kun ensimmäinen laser on pois päältä. Lohko voi jäähtyä nanosekuntien kuluessa. Suuri ja nopea epälineaarisuus johtaa potentiaalisiin sovelluksiin GHz:en optiseen ohjaukseen nanomittojen ulottuvuudessa.

Tutkijat uskovatkin, piin pysyvän optisten integroitujen piirien ja optisten laitteiden yhtenä materiaalivalintana.

Nykyinen työ sallii optiset kytkimet, jotka vievät paljon vähemmän tilaa kuin aiemmat yritykset. Tämä edistysaskel avaa tietä suoraan sirulle integroinnille sekä superresoluutioiselle kuvantamiselle.

Artikkeli "Giant phototermal nonlinearity in one silicon nanostructure" julkaistiin Nature Communicationsissa.

Aiheesta aiemmin:

Piilaser saa tehonsa ääniaalloilla

Pii ja fotoniikka löytävät toisensa

25.11.2020Biopohjaisen aurinkoenergian keruumateriaalia
24.11.2020Anti-laser ideoi langatonta tehonsiirtoa
23.11.2020Uusi vaihe kohti kvanttiteknologiaa
20.11.2020Kvanttitunnelointi siirtää omavoimaisten antureiden rajoja
19.11.2020Valotoimista tekoälyä
18.11.2020Henkilökohtainen terveyssiru
17.11.2020Nopeita lämpöä sietäviä polymeerimodulaattoreita
16.11.2020Tehokas kannettava terahertsilaseri
13.11.2020Fyysikot kehittävät kvanttimodeemia
12.11.2020Tahmeat elektronit: Kun repulsio muuttuu vetovoimaksi

Siirry arkistoon »