Евро-Азиатский институт образовательных технологий Eurasian Institute of educational technologies
Friday, 2021-06-18, 6:31 PM
Site menu
Section categories
Археология- Аrcheology
Ботаника- Вotany
География- Geography
Зоология- Zoology
История- Нistory
История науки- Нistory of science
Медицина- Мedicine
Образование- Education
Общая биология- General biology
Общество- Society
Палеонтология- Рaleontology
Право- Jurisprudence
Психология- Рsychology
Технологии- Technology
Физика- Physics
Химия- Сhemistry
Экология- Еcology
Экономика- Еconomy
Our poll
Оцените наш сайт/ Please rate our website
Total of answers: 1367
Statistics

Total online: 1
Guests: 1
Users: 0

1:50 PM
Создан новый тип эффективных и надежных средств связи / A new type of efficient and reliable means of communication has been created

Коллектив ученых из Массачусетского технологического института (США) создал новый тип схемы для телекоммуникационных устройств на основе оптических нелинейностей второго порядка в кремнии.

Энергопотребление компьютеров постоянно растет и, как прогнозируется, превысит мировую выработку энергии к 2040 году. Использование фотонов света вместо электричества для передачи данных может значительно снизить энергопотребление чипов. Этим занимается кремниевая фотоника — она создает оптические устройства на основе кремния, совместимые с кремниевой электроникой. Но кремниевая фотоника основана на других физических механизмах, нежели оптоэлектроника.

В устройстве современных компьютерных сетей, спутников и других средств связи на основе оптоэлектроники используют так называемые нелинейности второго порядка. Это математический параметр, который присутствует в функции зависимости поляризованности объекта от напряженности электрического поля. Он делает оптический сигнал более эффективным и надежным. Нелинейности второго порядка связаны с многоволновым смешением — эффектом, который ведет к помехам и искажениям сигнала при его передаче. Поэтому нелинейности используют в модуляторах — устройствах для изменения характеристик сигнала (фазы, частоты или амплитуды), для его передачи от передатчика к приемнику без помех и наложения на другие сигналы.

Ученые из MIT предложили способ введения нелинейностей второго порядка в кремний и впервые реализовали его на практике.

Кремний в силу симметричной структуры своих кристаллов — среда, одинаковая по всем направлениям и имеющая центр симметрии. В нем нелинейность второго порядка отсутствует. Поэтому в данном случае ее ввели искусственно за счет приложения к кристаллу большого электрического поля. Это привело к изменению строения кристалла: атомы в нем словно расшатываются и меняют места положения. Следовательно, центр симметрии перестает существовать. В свою очередь, это приводит к нелинейности зависимости отклика среды кремния на внешнее приложенное поле, на чем и основано действие модулятора.

Существующие кремниевые модуляторы легированы различными атомными примесями для создания так называемого p-i-n-перехода. Изменение напряжения на модуляторе попеременно концентрирует и рассеивает свободные носители заряда в волноводе для модуляции оптического сигнала, проходящего через этот волновод.

В устройстве исследователей из MIT при подаче напряжения свободные носители не собираются в центре устройства — они собираются на границе между n-типом (областью кремния, где носителями заряда являются электроны, от negative — отрицательный) и нелегированным кремнием. Положительный заряд накапливается на границе с кремнием р-типа (область кремния, где носителями заряда являются дырки, положительные аналоги электронов, от positive — положительный), создавая электрическое поле, модулирующее оптический сигнал.

Модуляторы на основе новой схемы имеют преимущества. В обычных модуляторах носители заряда при путешествии по волноводу могут поглощать фотоны из внешней среды, за счет чего оптический сигнал может меняться. Модуляторы на основе новой схемы избавлены от такой проблемы, так как носители не двигаются через весь волновод, а накапливаются на границах.

Ученые создали два прототипа — модулятор, который кодирует данные на оптическом луче, и удвоитель частоты — необходимый компонент для создания лазеров, которые могут быть точно настроенными на диапазон различных частот. Также исследователи предполагают, что их устройство будет работать быстрее, чем обычный модулятор.

Авторы статьи предполагают, что введение нелинейности второго порядка в кремнии приведет к созданию нового класса интегральных схем, применяющихся в спектроскопии и квантовой радиофизике, в частности в лазерах.

Статья опубликована в журнале Nature Photonics
Источник: chrdk.ru

A team of scientists from the Massachusetts Institute of technology (USA) created a new type of scheme for telecommunication devices based on optical nonlinearities of second order in silicon.

The power consumption of computers is constantly growing and is projected to exceed the global energy production by 2040. Using photons of light instead of electricity to transmit data can significantly reduce the power consumption of the chips. It is engaged in silicon Photonics — it creates optical devices based on silicon compatible with silicon electronics. But silicon Photonics based on other physical mechanisms, rather than optoelectronics.

The structure of modern computer networks, satellites and other communications devices based on optoelectronics use the so-called nonlinearity of the second order. It is a mathematical parameter which appears in a function depending on the polarization of the object from the electric field. It makes the optical signal more efficient and reliable. The nonlinearity of the second order associated with the multi-wave mixing — effect, which leads to interference and signal distortion during its transmission. Therefore, the nonlinearity used in the modulators are devices to change the characteristics of the signal (phase, frequency or amplitude), for transmission from a transmitter to a receiver without interference and overlapping other signals.

Scientists from MIT have proposed a method for the introduction of second order nonlinearities in silicon and first implemented it in practice.

The silicon in the strength of the symmetrical structure of its crystal environment, the same in all directions and having a center of symmetry. In it the nonlinearity of the second order is missing. Therefore, in this case it was introduced artificially by the application to the crystal of a large electric field. This has led to a change in the structure of the crystal: the atoms in it like a loose and changing position. Consequently, the center of symmetry ceases to exist. In turn, this leads to nonlinearity of the dependence of the response of the medium silicon on the external applied field, and is based on what the action of the modulator.

Existing silicon modulators alloyed with various atomic impurities to create a so-called p-in-transition. The change in voltage on the modulator alternately concentrates and dissipates the free charge carriers in the waveguide to modulate an optical signal passing through this waveguide.

In the device the researchers from MIT when voltage is applied, the free carriers are not going in the center of the device — they're on the border between the n-type (region of silicon, where the charge carriers are electrons, from negative — negative) and undoped silicon. The positive charge accumulates at the boundary with the silicon p-type (area of silicon, where the charge carriers are holes, the positive counterparts of electrons, from positive — positive) creating an electric field, modulating the optical signal.

Modulators on the basis of the new scheme have advantages. In conventional modulators, the charge carriers when traveling through the waveguide can absorb photons from an external environment, whereby an optical signal can vary. Modulators on the basis of the new scheme were spared such problems, as carriers do not move through the waveguide, and accumulate at the borders.

Scientists have created two prototypes of the modulator, which encodes data on the optical beam, and a frequency doubler is a necessary component for the development of lasers that can be precisely tuned to a range of different frequencies. Also, the researchers suggest that their device will work faster than a conventional modulator.

The authors suggest that the introduction of the second order nonlinearity in silicon will lead to the creation of a new class of integrated circuits used in spectroscopy and quantum physics, in particular in lasers.

The article has been published in the journal Nature Photonics
Source: chrdk.ru

Category: Технологии- Technology | Added by: zvonimirveres
Log In
Search
Calendar
«  February 2017  »
SuMoTuWeThFrSa
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728
Организации / Оrganizations
Полезные ссылки / Useful links