Optisk databehandling ved hastigheder under picosekunder

Vanderbilt-forskere har udviklet den næste generation af ultrahurtig datatransmission, der kan gøre det muligt at lave allerede højtydende databehandling "on demand". Teknologien løser flaskehalse i datastrømme ved hjælp af en hybrid silicium-vanadiumdioxid-bølgeleder, der kan tænde og slukke lyset på mindre end en billiontedel af et sekund.

Artiklen, "Sub-Picosecond Response Time of a Hybrid VO2:Silicon Waveguide at 1550 nm" blev offentliggjort i tidsskriftet Avancerede optiske materialer den 4. dec.

Samarbejdspartnere Sharon Weiss, Cornelius Vanderbilt-formand og professor i elektroteknik, fysik, og materialevidenskab og teknik, og Richard Haglund, Stevenson professor i fysik, er de første til at demonstrere, at det kan være muligt at opnå datahastigheder, der overstiger en terabit pr. sekund på en enkelt kanal. De skabte en hybrid siliciumchip ved at inkludere en lille mængde vanadiumdioxid - et ultrahurtigt skiftende faseskiftemateriale - for at udvide mulighederne for siliciumfotonik.

Lysimpulser blev sprøjtet ind i en siliciumbølgeleder blev selektivt slukket, når en anden lysimpuls ramte vanadiumdioxidet. Den bemærkelsesværdige hastighed, hvormed lysimpulserne blev slukket og derefter tændt igen, er en konsekvens af vanadiumdioxidens materialeegenskaber og den tidsperiode, hvori de to laserimpulser interagerer i vanadiumdioxiden. Siliciumbølgelederne blev fremstillet ved Center for Nanophase Materials Sciences ved Oak Ridge National Laboratory som en del af deres Department of Energy sponsorerede brugerprogram. Inkorporeringen af ​​vanadiumdioxid blev udført på Vanderbilt Institute of Nanoscale Science and Engineering.

"Vores langsigtede samarbejde - udløst af en samtale mellem to kandidatstuderende i VINSE renrummet - har resulteret i demonstrationen af ​​ultrahurtig optisk kobling ved hjælp af en siliciumbølgeleder, " sagde Weiss, også direktør for VINSE. "Det betyder, at vi kan tænde og slukke lyset meget hurtigt, mens det kører på en informationsmotorvej, der er mindre end tykkelsen af ​​dit hår, der er lavet af det samme materiale inde i computere og mobiltelefoner."

Siliciumfotonik bruger lysimpulser i stedet for elektriske strømimpulser til at overføre store mængder data som informationsbits (0s og 1s). Data kan kodes til lysimpulser, som bevæger sig over en optisk fiber. Når lyspulsen når sin destination, fotodetektorer konverterer lyset tilbage til et elektronisk datasignal. Denne tilgang har væsentligt opgraderet computernes behandlingshastighed og computerkraft, siden forskning i siliciumfotonik begyndte i slutningen af ​​1980'erne. Nu hvor næsten alle dele af dagligdagen har en online eller digital komponent, forbedring af optisk computerteknologi er af væsentlig interesse for kommercielle og industrielle teknologivirksomheder.

"Vi kan tænde og slukke lyset hurtigere end nogen anden ved at bruge denne informationsmotorvej, hvilket betyder, at fremtidige computere muligvis kan køre meget hurtigere, og også med mindre strøm end nuværende computere, ved at bruge lys, sagde Haglund.

Weiss og Haglund siger, at de næste skridt mod praktisk implementering af denne spilskiftende innovation vil være at optimere størrelsen, form og volumen af ​​vanadiumdioxidkomponenten og for at undersøge alternative konfigurationer af hybridbølgelederen.