WRÓĆ DO STRONY
GŁÓWNEJ
Nauka

SBS, a więc rewolucja w światłowodach i mikroukładach

Światłowody wraz z mikroukładami, z jakimi pracują mogą właśnie doczekać się rewolucji, choć prace nad nią trwają od wielu lat. Nieco więcej światła (heh) na SBS, a więc proces Wymuszonego Rozpraszanie Brillouina, którego opracowano na przełomie lat 60. i 70. XX wieku na podstawie odkryć w 1922 roku, rzuciły jednak nowe badania tej technologii. 

Czytaj też: Ludzie rozprzestrzenili się po całej Eurazji wcześniej niż sądzono

Nieco teorii…

Jeśli jesteście totalnie zieloni z infrastruktury sieciowej, to żeby zrozumieć ten artykuł wystarczy tylko tyle, żebyście wiedzieli, że połączenia kablowe w dzisiejszych czasach dzielą się na skrętkę, którą widział zapewne każdy z Was przy routerze/komputerze oraz właśnie przewody światłowodowe.

Znacznie szybsze, ale przy tym droższe, choć na tyle wydajne, że to one spajają ze sobą główne punkty dystrybucyjne i wielkie centrale na całym świecie. W nich są przesyłane informacje, ale nie w formie elektronicznej, a w formie wiązek światła, a więc fotonów.

Analitycy szacują, że na całym świecie eksploatowanych jest 378 kabli podmorskich o długości 1,2 miliona kilometrów. Gdy informacja przesuwa się w tę i z powrotem przez te kable, fale świetlne odbijają się dookoła, uderzając o włókna polimerowe i krzemionkowe. To zadziwiające, ale te odbicia wytwarzają energię, a dokładniej mówiąc wibracje zwane fononami. Te nie są bez znaczenia, bo skutecznie obniżają moc sygnału… ale to wkrótce może przejść w zapomnienie.

… i nowe badania

Tak przynajmniej twierdzą autorzy artykułu przeglądowego opublikowanego w Nature Photonics, wśród których znajduje się profesor Ben Eggleton z University of Sydney Nano Institute.

Zastosowanie tej interakcji między światłem i dźwiękiem w układzie daje możliwość rewolucji trzeciej fali w układach scalonych.

Naukowcy wpadli na nic innego, jak wykorzystanie zarówno fal dźwiękowych, jak i świetlnych. Jak twierdzi Gaurav Bahl z University of Illinois:

W tym artykule przedstawiono bogatą fizykę, która wyłania się z tak fundamentalnej interakcji między światłem i dźwiękiem, która występuje we wszystkich stanach materii. Widzimy nie tylko ogromne zastosowania technologiczne, ale także bogactwo czystych badań naukowych. Rozpraszanie Światła Brillouina pomaga nam mierzyć właściwości materiału, zmieniać sposób, w jaki światło i dźwięk poruszają się w materiałach, chłodzić małe obiekty, mierzyć przestrzeń, czas i bezwładność, a nawet transport informacji optycznych.

Jednak wszystko rozpoczęło się przed ponad 50 laty, kiedy to opracowano wspomniany proces Wymuszenia Rozpraszania Brillouina. SBS (z angielskiego Stimulated Brillouin Scattering) jest zasadniczo sprzężeniem zwrotnym fononów (dźwięku) i fotonów (światła). Podczas tego procesu fale dźwiękowe i fale świetlne są sprzężone, ale te drugie są oczywiście szybsze. Jak więc twierdzi współautor badania, Christopher Poulton z University of Technology Sydney:

Dużym postępem jest tu jednoczesna kontrola fal świetlnych i dźwiękowych w naprawdę małych skalach. Ten rodzaj sterowania jest niezwykle trudny, między innymi dlatego, że dwa rodzaje fal mają niezwykle różne prędkości. Ogromny postęp w wytwarzaniu i teorii przedstawiony w artykule pokazuje, że problem ten można rozwiązać, a potężne interakcje między światłem i dźwiękiem można wykorzystać na jednym chipie. Otwiera to drzwi do wielu aplikacji łączących optykę i elektronikę.

W wyniku tej zdolności do manipulowania zjawiskiem SBS naukowcy mogą dorobić się zmian określanych skrótem SWAP (size, weight and power), czyli poprawy rozmiaru, wagi oraz mocy światłowodów i mikrochipów, które nimi zarządzają. Według Eggletona:

Zarządzanie informacjami w mikroczipie może pochłaniać dużo energii i wytwarzać dużo ciepła. W miarę wzrostu naszego uzależnienia od danych optycznych proces interakcji światła z systemami mikroelektronicznymi stał się problematyczny. Proces SBS oferuje nam zupełnie nowy sposób integracji informacji optycznych ze środowiskiem mikroukładu, wykorzystując fale dźwiękowe jako bufor do spowolnienia dane bez ciepła wytwarzanego przez systemy elektroniczne.

Finalnie może to zaowocować układami scalonymi, które są znacznie lżejsze oraz efektywniejsze, więc np. z poziomu lotnictwa nie będzie to jakieś tam trywialne osiągnięcie. Jednak jest jeszcze wiele do zrobienia. Przydałoby się opracować architekturę integrującą procesory mikrofalowe i częstotliwości radiowe z interakcjami optyczno-akustycznymi. Nie można też pominąć niechcianego zjawiska rozpraszania światła, które trapi światłowody. Nie mają się jednak zamiaru się poddawać, bo:

Ten nowy paradygmat przetwarzania sygnałów za pomocą fal świetlnych i dźwiękowych otwiera nowe możliwości dla podstawowych badań i postępu technologicznego.

Czytaj też: Druk 3D pozwala przekształcać materiały 2D w elektrody

Źródło: Popular Mechanics, University of Sydney, Nature Photonics