Sieci optyczne szybsze i tańsze - mikroczipy wewnątrz światłowodu

Inżynierom udało się umieścić wewnątrz nitek światłowodów pełnowartościowe układy elektroniczne. Dzięki temu wyeliminowana zostanie konieczność stosowania zewnętrznych konwerterów sygnału optycznego na elektroniczny, co pozwoli zwiększyć wydajność łączy optycznych.

Sieci wykorzystujące światłowody, choć pozwalają na bardzo szybki transfer informacji, mają swoje wąskie gardło. Jest nim etap konwersji sygnałów świetlnych na elektryczne i z powrotem. Dotychczas nie dało się tego zrobić inaczej jak poprzez stosowanie zewnętrznych czipów (wyposażonych w lasery, modulatory i fotodetektory), do których podłączane są przewody światłowodowe.

Wymuszenie konwersji sygnału poza nitką światłowodu powoduje, że podczas transmisji danych z jednego komputera do drugiego, odległego o tysiące kilometrów, powstaje wąskie gardło. Poza tym sprzężenie elektroniki z czysto optycznym medium jest dość karkołomnym rozwiązaniem.

Materiałem wykorzystanym do produkcji hybrydowych światłowodów są kryształy fotoniczne. Taki światłowód ma liczne puste kanaliki, których rozmiar liczony jest w nanometrach, może mieć także główny rdzeń podobnie jak tradycyjne światłowody.

Idealnie byłoby połączyć elektronikę ze światłowodem na poziomie nitki światłowodu. Ale jak tu umieścić płaski czip w okrągłym włóknie. Nawet jeśli nie jest to skomplikowany układ. John Badding z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii doszedł do wniosku, że należy porzucić takie rozwiązania na rzecz całkowicie nowej technologii. Polega ona na zintegrowaniu elementów półprzewodnikowych, np. fotodetektora, bezpośrednio w światłowodzie podczas jego produkcji. Dzięki temu konieczna konwersja sygnału optycznego na elektryczny lub na odwrót odbywa się wewnątrz światłowodu. Zewnętrzna elektronika zostanie dzięki temu znacznie uproszczona.

Osiągnięcie tak dużego stopnia integracji możliwe było dzięki pomocy chemii, a dokładniej zastosowaniu wysokociśnieniowych technologii, oraz światłowodów fotonicznych. Jak się zapewne spodziewacie, technologia umożliwia naniesienie warstw materiału półprzewodnikowego bezpośrednio wewnątrz światłowodu. To niezwykłe osiągnięcie zważywszy na nanometrowej skali rozmiar kanałów w których umieszczane są półprzewodniki (cały światłowód ma średnicę rzędu mikrometrów). Prace nad integracją elementów półprzewodnikowych ze światłowodami fotonicznymi prowadzone są już od wielu lat.

Półprzewodniki daje się zintegrować bezproblemowo z powszechnymi w telekomunikacji światłowodami jednomodowymi. Hybrydowe konstrukcje mogą pracować na częstościach do 3 GHz.

Jak zapewnia Pier J. A. Sazio w Uniwersytetu w Southampton, dzięki integracji elektroniki ze światłowodem uda się znacząco obniżyć koszty produkcji elementów sieci światłowodowych. Nie jest bowiem konieczne niezależne produkowanie dedykowanych mikroprocesorów.

Celem prac, które doprowadziły do stworzenia inteligentnych, jak je nazwano, światłowodów, jest stworzenie sieci wykorzystującej tylko światłowody, bez zewnętrznych elementów optoelektronicznych. Taka sieć będzie bardzo szybka i, jak już powiedzieliśmy, tańsza niż dotychczasowe rozwiązania. Zastosowania telekomunikacyjne to tylko jedna z dziedzin, w których przydadzą się światłowody ze zintegrowaną elektroniką. Inne bardzo praktyczne zastosowanie to produkcja ogniw fotowoltaicznych.

Więcej o światłowodach i innych szybkich technologiach transferu danych:

• Power-over-Fiber: zasilanie poprzez światłowód
• Rekordowy transfer danych - niemal 100 Gbps w obydwie strony
• Laserowe 100 megabitowe łącze prosto na Marsa
• Intel: 50 Gb/s poprzez światłowody do 2015 roku
• 100 terabitów na sekundę jednym światłowodem

Źródło: Penn State University, LaserFocusWorld

Czy już zagłosowałeś w plebiscycie na Produkt Roku? Na pewno masz swój ulubiony produkt i markę. Weź udział!