Un conmutador óptico de silicio desarrollado recientemente en Sandia National Laboratories es el primero en transmitir hasta 10 gigabits por segundo de datos a temperaturas solo unos pocos grados por encima del cero absoluto. El dispositivo podría permitir la transmisión de datos para computadoras superconductoras de próxima generación que almacenan yprocesar datos a temperaturas criogénicas. Aunque estas supercomputadoras aún son experimentales, podrían ofrecer velocidades de computación diez veces más rápidas que las computadoras actuales, al tiempo que reducen significativamente el uso de energía.
El hecho de que el conmutador funcione en un rango de temperaturas, ofrezca una transmisión de datos rápida y requiera poca energía también podría hacerlo útil para transmitir datos desde instrumentos utilizados en el espacio, donde la energía es limitada y las temperaturas varían ampliamente.
"Hacer conexiones eléctricas a sistemas que operan a temperaturas muy frías es muy desafiante, pero la óptica puede ofrecer una solución", dijo el investigador principal Michael Gehl, Sandia National Laboratories, Nuevo México. "Nuestro pequeño interruptor permite que los datos se transmitan fuera delambiente frío usando luz que viaja a través de una fibra óptica, en lugar de electricidad. "
En la revista de la Optical Society para investigaciones de alto impacto Óptica , Gehl y sus colegas describen su nuevo modulador de micro-disco de silicio y demuestran que puede transmitir datos en entornos tan fríos como 4.8 Kelvin. El dispositivo fue fabricado con técnicas estándar utilizadas para hacer chips de computadora CMOS, lo que significa que puede ser fácilmenteintegrado en chips que contienen componentes electrónicos.
"Este es uno de los primeros ejemplos de un dispositivo óptico de silicio activo que funciona a una temperatura tan baja", dijo Gehl. "Nuestro dispositivo podría revolucionar las tecnologías que están limitadas por la rapidez con la que se puede enviar información dentro y fuera de unambiente eléctricamente. "
La óptica sobresale a bajas temperaturas
Para aplicaciones de baja temperatura, los métodos ópticos brindan varios beneficios sobre la transmisión de datos eléctricos. Debido a que los cables eléctricos conducen calor, a menudo introducen calor en un sistema que necesita mantenerse frío. Las fibras ópticas, por otro lado, casi no transmiten calor.Además, una sola fibra óptica puede transmitir más datos a velocidades más rápidas que un cable eléctrico, lo que significa que una fibra puede hacer el trabajo de muchas conexiones eléctricas.
El modulador de microdiscos requiere muy poca energía para funcionar, alrededor de 1000 veces menos energía que los interruptores electroópticos disponibles comercialmente en la actualidad, lo que también ayuda a reducir el calor que el dispositivo aporta al ambiente frío.
Para hacer el nuevo dispositivo, los investigadores fabricaron una pequeña guía de ondas de silicio utilizada para transmitir ondas de luz junto a un micro-disco de silicio de solo 3,5 micrones de diámetro. La luz que llega a través de la guía de ondas se mueve hacia el micro-disco y viaja alrededor deldisco en lugar de pasar directamente a través de la guía de ondas. Agregar impurezas al micro-disco de silicio crea una unión eléctrica a la que se puede aplicar un voltaje. El voltaje cambia las propiedades del material de una manera que impide que la luz se mueva hacia el disco y le permiteen su lugar, pasar a través de la guía de ondas. Esto significa que la señal de luz se apaga y se enciende a medida que el voltaje se enciende y apaga, proporcionando una manera de convertir los unos y los ceros que componen los datos eléctricos en una señal óptica.
Aunque otros grupos de investigación han diseñado dispositivos similares, Gehl y sus colegas son los primeros en optimizar la cantidad de impurezas utilizadas y la ubicación exacta de esas impurezas para permitir que el modulador de microdiscos funcione a bajas temperaturas. Su enfoque podría usarsepara fabricar otros dispositivos electroópticos que funcionen a bajas temperaturas.
tasa de error baja
Para probar el modulador de microdiscos, los investigadores lo colocaron dentro de un criostato, una pequeña cámara de vacío que puede enfriar el interior a temperaturas muy bajas. El modulador de microdiscos convirtió una señal eléctrica enviada al criostato en una señal ópticaLuego, los investigadores examinaron la señal óptica que sale del criostato para medir qué tan bien coincidía con los datos eléctricos entrantes.
Los investigadores operaron su dispositivo a temperatura ambiente, 100 Kelvin y 4.8 Kelvin con varias velocidades de datos de hasta 10 gigabits por segundo. Aunque observaron un ligero aumento en los errores a la velocidad de datos más alta y a la temperatura más baja, la tasa de error aún fue bajasuficiente para que el dispositivo sea útil para transmitir datos.
Este trabajo se basa en años de esfuerzo para desarrollar dispositivos fotónicos de silicio para comunicación óptica y aplicaciones informáticas de alto rendimiento, dirigido por el grupo Applied Photonics Microsystems en Sandia. Como siguiente paso, los investigadores quieren demostrar que su dispositivo funciona con datos generadosdentro del entorno de baja temperatura, en lugar de solo señales eléctricas provenientes del exterior del criostato. También continúan optimizando el rendimiento del dispositivo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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