Ученые из Корнельского университета (США) создали устройство,
способное существенно увеличить скорость передачи данных по оптоволоконным
каналам. Устройство, получившее от авторов название «временной телескоп» (time telescope),
состоит из компактного кремниевого чипа, пучка оптических волокон и лазера. На
вход устройства поступает кодированный поток данных со скоростью 10 гигабит/с,
после чего устройство разбивает этот поток на части, собирает обратно, а затем
выводит те же самые данные, только со скоростью 270 Гбит/с.
Система, созданная учеными Корнельского университета,
отличается компактными размерами и низким энергопотреблением – традиционно для
быстрой передачи данных по оптическим каналам используется дорогая и громоздкая
оптика, потребляющая немало энергии. Новую технологию планируется использовать
не только на магистральных каналах, но и в оптических чипах внутри компьютеров.
Большинство современных магистральных сетей передают данные
со скоростью 10 Гбит/с на каждое отдельное волокно. При попытке повысить
скорость инженеры сталкивались с серьезными проблемами. В частности, очень
трудно создать устройство для кодирования данных на таких высоких скоростях.
Новый сверхбыстрый модулятор оптического сигнала позволяет сжать данные, закодированные
с помощью традиционного оборудования, и передавать их на небывалой скорости.
Свое название «временной телескоп» получил из-за принципов
кодирования. Дело в том, что обычная линза меняет пространственную форму
световой волны, а «линза времени» растягивает или сжимает световую волну во
времени. Теоретически существование таких линз обосновал Брайан Колнер (Brian Kolner) в 1988
году, работая на компанию Hewlett-Packard. Первый образец такой линзы Колнер
создал в начале 1990-х годов, но его кристаллический модулятор расходовал
слишком много энергии. Сейчас Колнер является профессором Калифорнийского
университета в г. Дэвис (США).
Авторами статьи о первом полностью работоспособном чипе на основе
«линзы времени» стали два физика – Александр
Гаэта (Alexander Gaeta), профессор прикладной и технической физики, и Михал Липсон (Michal
Lipson), адъюнкт-профессор электротехники и вычислительных машин.
Принцип работы «временного телескопа» Гаэты и Липсона
заключается в передаче сигнала, закодированного в лазерном луче с помощью
традиционных модуляторов, в пучок оптических волокон. Этот пучок, свернутый в
катушку, направляет сигнал на кремниевый волновод с нанесенным на нем
специальным узором – детали этого узора имеют нанометровые размеры. Сигнал в
виде модулированного лазерного луча состоит из света разной частоты, как
гитарный аккорд из нескольких нот, поэтому, попадая на волновод, этот сигнал
разбивается на отдельные компоненты со светом одной частоты. Затем отдельные
частотные компоненты сигнала поступают в еще одно оптическое волокно, а из него
на еще один волновод, тоже размеченный специальным нанометровым узором. Здесь
эти компоненты исходного луча взаимодействуют с излучением исходного лазера.
Таким образом, сигнал снова собирается вместе, только с измененной фазой.
Готовый сигнал покидает схему с помощью еще одного оптического волокна со
скоростью 270 Гбит/с. В итоге получается элегантное решение со сложной физикой,
но простым и понятным результатом – затрачивая минимум энергии (только на
питание вспомогательного лазера), обеспечивается быстрая передача огромных
объемов данных.
Открытие ученых из Корнелла стало еще одним прорывом в
кремниевой оптоэлектронике. Ранее кремний считался отличным материалом для
полупроводников, но активное использование его в оптоэлектронике считалось
маловероятным. За последние 5 лет ученым удалось перевернуть это представление
в 2005 г. специалисты Intel создали первый кремниевый лазер, затем были
представлены модуляторы и другие оптоэлектронные компоненты. Кроме всего
прочего, кремний имеет важное преимущество – у производителей есть готовые
мощности для изготовления самых разных изделий из кремния.
Подробнее о кремниевом модуляторе, способном перекодировать
стандартный оптоволоконный сигнал 10 Гбит/с в новый сигнал 270 Гбит/с, можно
узнать в оригинальной
статье авторов изобретения в журнале Nature Photonics.
По материалам сайта MIT Technology
Review.
|
