Подкрепете ни!

Ако харесвате Свежа Наука и редовно четете публикациите ни, оценявате работата ни и искате да продължаваме все така, подкрепете ни! :)

На този етап от съществуването си Свежа Наука има нужда от вашата помощ! Последвайте ни в социалните мрежи Facebook, Google+ и Twitter, за да подкрепите нашата кауза - разпространяване на наука и познание.

За повече информация, обмяна на идеи или публикуване на материали, се свържете с нас.

Учени от Станфорд усъвършенстват оптичните проводници

Home/Прогрес/Технологии/Учени от Станфорд усъвършенстват оптичните проводници
TARGET BLOCK LEFT

Чрез използването на нов алгоритъм, инжинери от университета Станфорд разработват силициева структура с формата на призма, която може да пречупва светлината под прав ъгъл. Целта е пренасянето на информация по-бързо и по-ефективно чрез оптични, а не електрически сигнали.

Оптичната връзка е много малък лист силиций, гравиран с линии, приличащи на баркод. Когато лъч светлина освети оптичната връзка, светлина с две различни дължини на вълните (цветове) излизат под прав ъгъл към конектора, образувайки Т-образна форма. Това е голяма крачка към създаването на цяла компютърна система, в която компонентите са свързани със светлина, вместо с кабели.

„Светлината може да пренася повече информация от кабела, и се използва по-малко енергия за пренасянето на фотони, вместо електрони.“ – казва професор Йелена Вукович, ръководител на проекта.

В предишни подобни опити, екипа е разработил алгоритъм, който прави две неща: автоматизирал е процеса на дизайна на оптични структури, като им е позволил да създават невъобразими до този момент нано структури за контролиране на светлината.

Вукович, заедно с Александър Пигот, кандидат за доктор по електро-инжинерство, използват този алгоритъм за да изобретят, построят и тестват връзка, съвместима със съществуващите фибро-оптични мрежи.

Създаване на силициева призма

Структурата от Станфорд е направена чрез гравиране на миниатюрен, подобен на баркод модел върху силиция, който разделя светлинните вълни, подобно на призма. Учените създали този ефект благодарение на много добро познание на това, как светлината променя скоростта си на движение, в зависимост от материалите, през които преминава.

Термина скорост на светлината определя колко бързо се движи светлината във вакуум. Светлината се движи по-бавно през въздух, и още по-бавно през вода. Поради тази разлика в скоростта, сламка в чаша вода изглежда изкривена.

Всеки материал има така наречения показател на пречупване, който характеризира разликата в скоростта на светлината. Колкото по-висок е този показател, толкова по-бавно се движи светлината в този материал. Например въздуха има показател на пречупване от почти 1, а водата – 1.3. Инфрачервената светлина се движи през силиций дори още по-бавно, с показател на пречупване 3.5.

Учените от Станфорд създали структура, която редува ивици силиций с промеждутъци с въздух по специфичен начин. Устройството се възползва от факта, че докато светлината преминава от едното място към другото, част от нея се отразява, и част се пренася. Когато светлината минала през силициевия баркод, отразената светлина си взаимодействала със пренесената по много и сложни начини.

Алгоритъма създал баркода така, че да използва тези сложни взаимодействия за да насочи светлина с определена дължина на вълната наляво, а тази с различна дължина на вълната надясно, и всичко това в миниатюрен силициев чип, дълъг едва 8 микрона.

Учените използвали върху устройството светлина с две различни дължини на вълните, съответно 1300 и 1500 нанометра, в съответствие на използваните в съвременните оптични мрежи светлина от С-диапазона и О-диапазона. Подобната на баркод структура пренасочила светлината от С-диапазона в една посока, а тази от О-диапазона – в друга.

Оптимизация на процеса

Учените създали модела на баркода, знаейки желаните му функции. Целта е била да се пренасочат светлините от С-диапазона и О-диапазона в противоположни посоки, и оставили алгоритъма да създаде дизайна на структура, способна да постигне желаните резултати.

„Искахме да можем да оставим софтуера да направи дизайна на структура със специфични размери, като зададем само желаните входящи и изходящи резултати.“ – казва Вукович.

За да създадат устройството си, учените адаптирали концепции от изпъкналата оптимизация, математически подход за решаване на сложни задачи, като например при търговията на стоковата борса. С помощта на експерта по този метод професор Стивън Бойд от Станфорд, те открили как автоматично да се създават форми на нано нива, които да накарат светлината да се държи по определен начин.

„В продължение на много години специалистите по нанооптика са създавали структури, използвайки геометрия и прости форми. Структурите, които виждате, създадени по този алгоритъм, са нещо, което се създава за първи път.“ – казва Вукович.

Алгоритъма е започнал работата си с прост дизайн на силиций. Впоследствие, след безбройни минимални напасвания, е откривал все по-добри структури, подобни на баркод, за постигане на желаната изходяща светлина.

Предишни дизайни на нанооптични структури са били базирани на стандартни геометрични модели и на интуицията на дизайнера. Алгоритъма на Станфорд може да създаде тази структура само за 15 минути на всеки компютър.

Този алгоритъм е ключов за учените, като има дава възможност да създават оптични компоненти за изпълнение на специфични функции. В много случаи такива компоненти не са съществували никога преди.

„Няма начин да се създадат аналитично подобен вид нано устройства.“ – казва в заключение Пигот.

Добави коментар