Πέμπτη 5 Σεπτεμβρίου 2013

Κυκλώματα φωτός.

Figure 1

Συσκευές που δέχονται σήματα φωτός, αντικαθιστούν τον τρόπο που τα παραδοσιακά κυκλώματα επεξεργάζονται τα ηλεκτρονικά σήματα και μπορούν πλέον να δουλεύουν σε ένα εύρος μήκους κύματος πολύ σημαντικό τεχνολογικά. 



Δομές νανοκλίμακας, που ονομάζονται κυκλώματα Metatronic διαχειρίζονται κύματα φωτός με τον ίδιο τρόπο που τα συμβατικά κυκλώματα επεξεργάζονται τα ηλεκτρικά ρεύματα, μόνο που τα metatronics θα μπορούσαν να γίνουν πολύ μικρότερα και πιο γρήγορα από ό, τι τα συμβατικά ηλεκτρονικά. Τα πρώτα στοιχεία κυκλώματος Metatronic που δημιουργήθηκαν εργάζονται κοντά στο υπέρυθρο φως, σε εύρος μήκους κύματος οπτικών ινών και άλλων που βασίζονται στη τεχνολογία πυριτίου. Τα ευρήματα της ομάδας των ερευνητών θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε, ταχύτατη επεξεργασία πληροφοριών με βάση το φως πλήρως ενσωματωμένο σε ένα ευρύ φάσμα συσκευών υψηλής τεχνολογίας.
Κυκλώματα υψηλών συχνοτήτων. Νέα φίλτρα νανοδομής
κοντά στο υπέρυθρο φως με έναν τρόπο ανάλογο
με τα φίλτρα για ηλεκτρονικά κυκλώματα (Πάνω,
με σύμβολα, πυκνωτές, πηνία και αντιστάσεις
προσομοιώνοντας τα ισοδύναμα στοιχεία του κυκλώματος)?
εικόνα σάρωσης από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο δείχνει
την ίδια τη δομή (κάτω).

Για να συνεχιστεί η τάση για τη κατασκευή μικρότερων κυκλωμάτων και πιο γρήγορων στην επεξεργασία πληροφοριών, οι ερευνητές μπορούν σύντομα να αξιοποιήσουν το φως ως φορέα πληροφοριών, αντικαθιστώντας το ηλεκτρικό ρεύμα. Για να δημιουργήσουν στοιχεία κυκλώματος για κύματα φωτός, ο Nader Engheta του Πανεπιστημίου της Πενσυλβάνια και οι συνεργάτες του στρέφονται σε μια κατηγορία δομών γνωστά ως μετα-υλικά, τα οποία έχουν ιδιότητες εύκολα διαχειρίσιμες και δεν συναντώνται σε φυσικά υλικά.Πέρυσι, η ερευνητική ομάδα του Engheta χρησιμοποίησε νιτρίδιο του πυριτίου για να δημιουργήσει τα πρώτα στοιχεία κυκλώματος με μετα-υλικό.
Το κύκλωμα που δουλεύει με φως στο φάσμα του υπέρυθρου, με μήκη κύματος 8 έως 14 μm. Η δομή τους αποτελείται από μια σειρά παράλληλων νανοχορδών, οι οποίες είναι μεγάλα μπλοκ μερικών εκατοντάδων νανομέτρων, που χωρίζονται από κενό αέρος με οριζόντια διάταξη. Όταν φωτίζονται από πάνω, οι ράβδοι και τα κενά αέρος ανταποκρίνονται σαν ταχέως ταλαντούμενο ηλεκτρικό πεδίο φωτός με τρόπους παρόμοιους με τα πηνία και τους πυκνωτές και συμπεριφέρεται σε μια πιο αργά ταλαντούμενη τάση σε συμβατικό κύκλωμα.

Τα πηνία και οι πυκνωτές αλλάζουν το χρόνο και το πλάτος μιας ταλαντούμενης τάσης με τρόπο που ποικίλλει ανάλογα με τη συχνότητα και η ισχύς των εξόδων τους εξαρτάται εν μέρει από τις διατάξεις των. Μία συμβατική διάταξη αυτών των στοιχείων κυκλώματος μπορεί να λειτουργήσει σαν φίλτρο "band-stop" που μπλοκάρει τη μετάδοση σήματος τάσης μέσα σε ένα περιορισμένο φάσμα συχνοτήτων ή σαν "bandpass" φίλτρο που επιτρέπει μόνο ένα ορισμένο φάσμα συχνοτήτων. Ομοίως, οι ράβδοι και τα κενά στο κύκλωμα "Metatronic" μπορεί μερικώς na μπλοκάρουν ή να μεταδώσουν μια σειρά από μήκη κύματος φωτός, ανάλογα με τον προσανατολισμό του ηλεκτρικού πεδίου του φωτός. Το κεντρικό μήκος κύματος και το πλάτος του εκπεμπόμενου εύρους εξαρτάται από το πλάτος και το ύψος των ράβδων. Παρόμοια φίλτρα είναι απαραίτητα για τεχνικές επεξεργασίας πληροφοριών, όπως η πολυπλεξία, η οποία επιτρέπει σε μία οπτική ίνα να μεταφέρει πολλές ροές δεδομένων, καθεμιά με ένα ελαφρώς διαφορετικό μήκος κύματος. Όμως, ένας πιο μακροπρόθεσμος στόχος είναι να σχεδιαστούν νέα κυκλώματα επεξεργασίας φωτός που να χρησιμοποιούν οπτικούς πυκνωτές, πηνία, και ίσως και άλλα στοιχεία.
Ενώ οι δομές από νιτρίδια του πυριτίου δουλεύουν στο υπέρυθρο, δεν ήταν σε θέση να φιλτράρουν μικρότερο μήκος κύματος (και επομένως υψηλότερη συχνότητα) κοντά στο υπέρυθρο φάσμα. Αυτή η σειρά περιέχει και τα 1,55 μm που είναι το μήκος κύματος στο οποίο λειτουργούν οι περισσότερες οπτικές ίνες τηλεπικοινωνιών.

Έτσι ο Engheta και οι συνεργάτες του έχουν κάνει τώρα φίλτρα band-stop και bandpass από οξείδιο του ινδίου, το οποίο έχει τις σωστές ιδιότητες κοντά στο υπέρυθρο φάσμα. Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης νέους τρόπους για να μεταβάλλουν το εύρος μήκους κύματος και του κεντρικού μήκους κύματος των φίλτρων, αλλάζοντας το σχήμα και την απόσταση των nanorods. Πρόσθεσαν νίκελ-χρώμιο πάνω από τις ράβδους ή σουλφίδιο του μολύβδου στα κενά να αλλάξουν την αυτεπαγωγή ή τη χωρητικότητα της δομής και έτσι να μετατοπίσουν τη ζώνη προς μικρότερα ή μεγαλύτερα μήκη κύματος. Ο Engheta πιστεύει ότι τεχνικές, όπως αυτές μπορεί να επιτρέψουν στους μελλοντικούς μηχανικούς να σχεδιάσουν κυκλώματα Metatronic κατά παραγγελία. «Είμαι αισιόδοξος ότι στο εγγύς μέλλον, θα είμαστε σε θέση να προσαρμοστούμε σ' αυτό», λέει."Η εργασία αυτή αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στον τεχνολογικό οδικό χάρτη", λέει ο ηλεκτρολόγος μηχανικός Γιώργος Ελευθεριάδης από το Πανεπιστήμιο του Τορόντο. "Βλέπουμε εδώ την εξέλιξη του metatronics από μια αφηρημένη θεωρητική έννοια σε μια πραγματική τεχνολογία. "Λέει ότι η ένταξη οπτικών κύκλωμα με τις ίνες των τηλεπικοινωνιών και άλλων φωτονικών συσκευών είναι ένας σημαντικός στόχος για τους σχεδιαστές της φωτονικής τεχνολογίας επεξεργασίας πληροφοριών. Αλλά πριν συμβεί αυτό, χρειαζόμαστε ακόμα ένα οπτικό τρανζίστορ, λέει ο Ελευθεριάδης, που σήμερα είναι το βασικό στοιχείο που λείπει.Πηγή, physics.aps.orgΑπόδοση, Δ. Γιάκας

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου