새로운 전광 스위칭 방식으로 광 컴퓨팅 및 통신 시스템의 전력 효율성 향상

새로운 전광 스위칭 방식으로 광 컴퓨팅 및 통신 시스템의 전력 효율성 향상
날짜:
2022년 6월 6일
원천:
탐페레 대학교
요약:
Photonics 연구원들은 초저전력의 선형 매체에서 고유한 플라즈몬 메타표면을 통해 다른 광선으로 광선을 제어하는 ​​새로운 방법을 도입했습니다. 이 간단한 선형 스위칭 방법은 광 컴퓨팅 및 통신 시스템과 같은 나노 광자 장치를 보다 지속 가능하게 만들어 낮은 강도의 빛을 필요로 합니다.

Photonics 연구원들은 초저전력의 선형 매체에서 고유한 플라즈몬 메타표면을 통해 다른 광선으로 광선을 제어하는 ​​새로운 방법을 도입했습니다. 이 간단한 선형 스위칭 방법은 광 컴퓨팅 및 통신 시스템과 같은 나노 광자 장치를 보다 지속 가능하게 만들어 낮은 강도의 빛을 필요로 합니다.

전광 스위칭은 ON/OFF 변환 기능을 갖도록 제어광에 의한 신호광 변조입니다. 일반적으로 광선은 비선형 매체가 있는 경우 다른 강렬한 레이저 광선으로 변조될 수 있습니다.

연구진이 개발한 스위칭 방식은 기본적으로 EIR(Enhancement of Refraction)이라는 양자 광학 현상을 기반으로 한다.

"우리 연구는 광학 시스템에 대한 이러한 효과와 선형 전광 스위칭에 대한 활용에 대한 최초의 실험적 시연입니다. 이 연구는 또한 과학계에 빛 없이 굴절률의 놀라운 향상을 통해 공명 주파수에서 작동하는 손실 보상 플라즈몬 장치를 달성하도록 계몽합니다. 게인 미디어 또는 비선형 프로세스를 사용하여"라고 Tampere University의 Photonics 부교수인 Humeyra Caglayan은 말합니다.

초고속으로 가능한 광 스위칭

전파 중 신호의 강한 소산을 방지하기 위한 고속 스위칭 및 저손실 매체는 전자 대신 광자를 정보 캐리어로 활용하는 통합 광자 기술 개발의 기초입니다. 온칩 초고속 전광 스위치 네트워크와 광자 중앙 처리 장치를 구현하려면 전광 스위칭이 초고속 스위칭 시간, 초저 임계 제어 전력, 초고 스위칭 효율 및 나노 스케일 기능 크기를 가져야 합니다.

"신호 값 0과 1 사이의 전환은 컴퓨터 및 통신 시스템을 포함한 모든 디지털 전자 장치의 기본입니다. 지난 수십 년 동안 이러한 전자 요소는 점차 작아지고 빨라졌습니다. 예를 들어 주문에 따라 컴퓨터로 수행되는 일반적인 계산 몇 초 만에 방 크기의 오래된 컴퓨터로는 몇 초 만에 끝낼 수 있었습니다!" 카글라얀 발언.

기존 전자 장치에서 스위칭은 전압을 연결하거나 차단 하여 마이크로초( 10-6 초) 또는 나노초( 10-9 초) 범위 의 시간 규모에서 전자의 흐름을 제어하는 ​​데 의존합니다 .

"그러나 전자를 플라즈몬으로 교체하면 스위칭 속도를 초고속 시간 규모(펨토초 10~15초)로 높일 ​​수 있습니다 . 플라즈몬은 금속 표면에 있는 광자와 전자 집합의 조합입니다. 이를 통해 광 스위칭이 가능합니다. 펨토초(10~15초) 속도의 우리 장치 " 라고 그녀는 말합니다.

"우리의 플라즈몬 나노 스위치는 금속 나노로드의 L 자형 조합으로 구성됩니다. 나노로드 중 하나는 선형 편광 신호를 수신하고 다른 하나는 첫 번째 빔에 수직인 선형 편광 "제어" 빔을 수신합니다."라고 박사후 연구원 Rakesh Dhama가 말했습니다. , 기사의 첫 번째 저자.

편광은 빔의 전기장이 진동하는 방향을 의미합니다. 제어 빔은 빔 간의 위상차에 따라 신호를 감쇠하거나 증폭할 수 있습니다. 위상차는 각 빔이 최대 강도에 도달할 때의 시간차를 나타냅니다. 신호 증폭은 조심스럽게 설계된 위상차를 갖는 보강 중첩을 통해 제어 빔에서 신호로 일부 광학 에너지의 전달로 인해 발생합니다.

플라즈몬 장치의 성능 향상

유사하게, 신호의 감쇠는 빔이 반대 위상차를 가질 때 상쇄 중첩에 의해 달성됩니다. 이 발견은 광학 컴퓨팅 및 통신 시스템과 같은 나노 광자 장치를 낮은 강도의 빛을 필요로 하는 지속 가능하게 만듭니다. 이 간단한 선형 스위칭 방법은 나노 스케일 플라즈몬 시스템의 개발 및 구현을 가속화하여 현재의 광학 처리, 컴퓨팅 또는 통신을 대체할 수 있습니다.

"우리는 개선된 스위칭 방법을 활용하는 플라즈몬 구조에 대한 추가 연구를 볼 수 있을 것으로 기대하고 미래에 플라즈몬 회로에서 우리 방법을 사용할 수 있을 것으로 기대합니다. 또한 L자형 메타표면을 추가로 연구하여 펨토초 레이저 펄스를 사용하고 플라즈몬 나노입자의 비선형 향상 및 제어를 조사하기 위해"라고 Humeyra Caglayan은 말했습니다.

나노구조의 비선형 응답을 제어하는 ​​것은 광학 컴퓨팅 및 통신 시스템과 같은 나노광자 장치에 훨씬 더 흥미로운 응용 프로그램과 기능을 제공합니다.

"이 접근 방식은 이득 매질 없이 신호 빔에 대해 광대역 투명도를 생성함으로써 플라즈몬 장치의 성능을 향상시킬 수 있는 가능성도 있습니다. 통합 포토닉스를 위한 스마트 포토닉 요소를 설계하는 여러 방법을 열 수 있습니다."라고 그녀는 설명합니다.