O echipă de oameni de ştiinţă şi ingineri de la Universitatea din Minnesota au inventat un dispozitiv optic unic, la scară microscopică, care ar putea mări considerabil viteza de descărcare a informaţiei online şi reduce costul transmisiei pe Internet.
Dispozitivul foloseşte forţa generată de lumină pentru a porni şi a opri cu o viteză foarte mare un comutator mecanic de lumină. Această descoperire ar putea conduce la progrese în computaţie şi procesarea semnalelor folosind lumina în locul curentului electric, cu performanţe mai mari şi consum de energie mai redus.
Rezultatele cercetărilor au fost publicate în varianta online a revistei Nature Communications.
Cercetătorii de la Universitatea din Minnesota au inventat un nou întrerupător mecanic de lumină la nivel microscopic pe un cip de silicon. Credit: University of Minnesota.
„Acest dispozitiv este similar cu releele electromecanice, dar funcţionează în întregime pe bază de lumină”, a spus Mo Li, profesor asistent de electrică şi inginerie computerizată în cadrul Colegiului de Ştiinţă şi Inginerie al Universităţii din Minnesota.
Noul studiu este bazat pe o descoperire anterioară făcută de Li şi colaboratorii săi în 2008, când au descoperit că lumina transportată pe tuburi la scară nanoscopică poate fi folosită pentru a genera o forţă optică suficient de puternică pentru a mişca ghidul de undă optic (canalul de informaţie care transportă lumina). În noul dispozitiv, cercetătorii au descoperit că această forţă a luminii este atât de puternică încât caracteristica mecanică a dispozitivului poate fi dominată în întregime de către efectul optic, şi nu de structura sa mecanică. Efectul este amplificat pentru a controla semnale suplimentare de lumină colorată la un nivel mai ridicat de putere.
„Este prima dată când acest nou efect optomecanic este folosit pentru a amplifica semnale optice fără a le converti în semnale electrice”, a spus Li.
Fibra optică de sticlă suportă multe canale de comunicare folosind diferite culori ale luminii împărţite diferitelor canale. În cablurile optice, aceste canale cu lumini de diferite culori nu interferează între ele. Această caracteristică de non-interferenţă asigură eficienţa unei singure fibre optice, pentru a transmite mai multă informaţie pe distanţe foarte lungi. Însă acest avantaj creează şi un dezavantaj. Când se ia în considerare computaţia şi procesarea de semnal, dispozitivele optice nu pot permite diverselor canale de informaţie să se controleze reciproc cu uşurinţă... până acum.
Noul dispozitiv al cercetătorilor are două ghiduri de undă optice, fiecare transmiţând un semnal optic. Între ghidurile de undă este poziţionat un rezonator optic de forma unei gogoşi microscopice (asemănătoare unui micro-accelerator de particule). În rezonatorul optic, lumina poate circula de sute de ori, câştigând în intensitate.
Folosind acest efect de rezonanţă, semnalul optic din primul ghid de undă este amplificat semnificativ în rezonator şi generează o forţă optică foarte puternică asupra celui de-al doilea ghid. Al doilea ghid este lăsat liberă din materialul de suport pentru a putea oscila, precum un cursor de control, atunci când este aplicată forţă asupra sa. Această mişcare mecanică a ghidului de undă influenţează transmisia semnalului optic. Deoarece puterea celui de-al doilea semnal optic poate fi de multe ori mai mare decât cea a semnalului de control, dispozitivul funcţionează precum un releu mecanic, pentru a amplifica semnalul de intrare.
În prezent noul dispozitiv de releu optic operează de un milion de ori pe secundă. Cercetătorii se aşteaptă să-l îmbunătăţească la câteva miliarde de ori pe secundă. Mişcarea mecanică a prezentului dispozitiv este suficient de rapidă încât să conecteze dispozitive cu frecvenţă radio direct cu fibră optică pentru comunicaţii de bandă largă.
Echipa lui Li de la Universitatea din Minnesota include studenţii absolvenţi Huan Li, Yu Chen, Semere Tadesse şi un fost post-doctorand, Jong Noh. Suportul financiar pentru proiect a venit de la Colegiul de Ştiinţă şi Inginerie de la Universitatea din Minnesota şi de la Air Force Office of Scientific Research.
Mai multe informaţii: Optomecanică cu cavitate multicanal pentru amplificarea optică a semnalelor de frecvenţă radio.
Traducere realizată de Răzvan Gavrilă după device-internet-download, cu acordul Phys.org.
