استعراض

في الآونة الأخيرة، وضعت المؤسسات البحثية جامعة بوخوم المهندسين نظام جديد قائم على الليزر تدور الاستقطاب تعديل من الضوء، أو أنه سيتم تحقيق سرعة عالية الألياف البصرية لنقل البيانات، وانخفاض استهلاك الطاقة.

خلفية

خصائص تهمة الإلكترونية، وإنجازات العديد من الأجهزة الإلكترونية التقليدية، ولكن أيضا خلق مشاكل مع الطاقة الحرارية. مع الأزمة المتزايدة من الطاقة، فضلا عن الاقتراب من الحدود المادية من الأجهزة الإلكترونية التقليدية، والخصائص الجوهرية الأخرى من الإلكترونات: تدور، مما تسبب في قلق واسع النطاق من العلماء. الأجهزة الإلكترونية القائمة على زيادة ونقصان، مشاكل يمكن تجنبها رسوم التدفئة، مما يؤدي إلى خفض كبير في استهلاك الطاقة، وتحسين أداء الأجهزة الإلكترونية. في الوقت الحاضر، والبحوث والإلكترونيات الدورانية أصبحت اتجاها واعدا جدا.

من قبل، وقدم عددا من الأجهزة الإلكترونية وتدور التقدم، هناك لم تعد مدرجة. اليوم، والتركيز على دعونا جديدة الالكترونيات تدور: "ليزر سبين". ومن المتوقع أن تسريع الألياف البصرية كابلات نقل البيانات إلى حد كبير، في حين خفض استهلاك الطاقة.

ابتكار

في الآونة الأخيرة، وجامعة بوخوم الألمانية المهندسين قد وضعت مفهوما جديدا، فإنه يمكن تحقيق نقل البيانات عالية السرعة عبر الألياف الضوئية. في النظام الحالي، ليزر نقل الإشارات الضوئية من خلال الألياف الضوئية، والمعلومات المشفرة في تعديل شدة الضوء.

بدلا من ذلك، هذا النظام الجديد هو ليزر أشباه الموصلات على أساس تعديل تدور استقطاب الضوء. 3 أبريل 2019، التي نشرت في "نيتشر (الطبيعة)" ورقة في مجلة، يدل على سرعة تشغيل الليزر تدور خمس مرات أفضل تقاليد النظام، ولكن جزء واحد فقط من استهلاك الطاقة. النظم القائمة على أشباه الموصلات الأخرى تدور مختلفة، ومن المتوقع أن تعمل في درجة حرارة الغرفة، ودون أي مجال مغناطيسي خارجي التكنولوجيا. جامعة بوخوم بالتعاون مع فريق البحث تيراهيرتز التكنولوجيا الضوئية وجامعة أولم وزملاؤه في جامعة بافالو تحقيق هذا النظام.

هو مبين أدناه: تدور وتيرة التذبذب ليزر يمكن التحكم بها عن التركيبات الميكانيكية. ويمكن تحقيق الاتصال الكهربائية عن طريق إبرة قابل للتعديل.

(المصدر: RUB، كرامر)

تكنولوجيا

بسبب القيود المادية، استنادا إلى تعديل شدة الضوء دون استخدام نقل البيانات شكل تعديل معقدة يمكن أن تصل فقط 40-50 تردد جيجاهيرتز. ولتحقيق هذا المعدل لا يمكن فصله عن التيار المرتفع. وقال البروفيسور المهندس مارتن هوفمان جامعة بوخوم القياس،: "انها قليلا مثل سيارة بورش، إذا كانت السيارة تتحرك بسرعة، ثم استهلاك الوقود سيزيد بشكل كبير إلا إذا كنا على الفور رفع مستوى التكنولوجيا، ونقل البيانات وشبكة الاستهلاك. الطاقة لدينا من الإنتاج العالمي الحالي للمزيد من الطاقة. "وهكذا، مارتن هوفمان والدكتور نيلس جيرهارد وماركوس يندمان بحث الدكتوراه في التكنولوجيات البديلة الجديدة معا.

ماركوس يندمان على تطوير الليزر تدور فائق السرعة. (المصدر: RUB، كرامر)

تقدم جامعة أولم حجم الليزر فقط بضعة ميكرونات. الباحثون استخدام هذا الليزر ولدت موجة الضوء اتجاه ذبذبة يتغير دوريا بطريقة معينة. عندما يتداخل الاستقطاب الخطي عموديا موجات الضوء، والنتيجة هي الاستقطاب دائري خفيف يتكون.

، يوصف اتجاه استقطاب الموجة الخفيفة التذبذب أدناه. الاستقطاب الخطي (أحمر، أزرق): يصف متجه المجال الكهربائي للتتأرجح موجة الضوء في طائرة الثابتة. يمكن فرضه الاستقطاب الدائري من قبل اثنين من عمودي ويمكن وصفها موجة الاستقطاب خطيا. والكهربائية بالتناوب متجه المجال حول اتجاه الانتشار. إذا كان تردد في المنطقة التداخل حيث أن النتيجة سوف تولد اهتزازات الاستقطاب دائري (أسود). درجة التشكيل الاستقطاب الدائري (الأخضر) تعتمد على الفرق تردد. T هي فترة هذا التشكيل.

(المصدر: RUB، والضوئيات والتكنولوجيا تيراهيرتز)

خطية الاستقطاب، وصفت الحقل الكهربائي تتأرجح ناقلات موجة الضوء في طائرة الثابتة. في الاستقطاب الدائري، ودوران ناقلات حول اتجاه الانتشار. عندما شعاعين من الاستقطاب خطيا موجات الضوء مع ترددات مختلفة، وهذه العملية تنتج التعميم الاستقطاب التذبذب. حيث اتجاه التذبذب، إلى أكثر من 200 تردد جيجاهيرتز من المعرفة، انعكس بشكل دوري.

هوفمان يصف: "لقد أثبتنا بالتجربة 200 جيجاهيرتز التذبذب هو ممكن ولكن لا نعرف مدى السرعة التي يمكنك الحصول عليها، لأننا لا يمكن العثور على الحد النظري .."

تتأرجح الفردي ولا ينتقل أية معلومات، ولهذا السبب، يجب أن يكون منظم الاستقطاب، على سبيل المثال، للقضاء على قمم الفردية. هوفمان، جيرهارد ويندمان برهان تجريبي لهذا لا يمكن أن يتحقق في الأساس. أنها تتعاون مع البروفيسور إيغور uti والدكتوراه Gaofeng شو من جامعة بافالو فريق، وذلك باستخدام المحاكاة العددية أثبتت إمكانية النظرية لهذا التشكيل الاستقطاب، ويمكن أن تنتقل البيانات على تردد أكثر من 200 جيجاهيرتز.

لتوليد الاستقطاب تعديل التعميم، واثنين من العوامل تلعب دورا حاسما. وهم: يجب أن تعمل ليزر بطريقة خاصة لإثارة اثنين متعامد موجات مستقطبة خطيا، على دفعتين البصرية من التداخل تنتج الاستقطاب الدائري، بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون تردد من أشعة المنبعثة من ضوء اثنين بما فيه الكفاية كبيرة الاختلافات، وذلك لتعزيز سرعة عالية التذبذب.

يتم إنشاء ضوء الليزر في البلورة أشباه الموصلات، وحقن الكريستال أشباه الموصلات الإلكترونات والثقوب. عندما يجتمعون، فإنه سيتم الإفراج الفوتونات. لضمان الاستقطاب الصحيح للضوء، حقن تدور الإلكترونات (الزخم الزاوي الذاتية) هو عامل لا غنى عنه. فقط عندما يتم محاذاة الإلكترون يدور بطريقة معينة، وعلى ضوء الإثارة تصل إلى الاستقطاب المطلوب. هذا هو التحدي للباحثين، لأن محاذاة تدور يمكن أن تتغير بسرعة كبيرة. هذا هو السبب في أن يكون الباحثون أن تكون أقرب وقت ممكن داخل الفوتون الليزر الإثارة بقعة الإلكترونات حقن. وقد طبقت فريق هوفمان حصول على براءة اختراع لفكرتهم، والفكرة هي حول كيفية استخدام المواد المغناطيسية لتحقيق ذلك.

التكامل تدور الليزر وجود وتيرة التذبذب من التحكم الكهربائية (المصدر: RUB، كرامر)

ترددين التذبذب اللازمة لتحفيز الفرق بين موجات الضوء، هو استخدام التكنولوجيا، فريق البروفيسور راينر Michalzik من جامعة أولم أدى لهذا العرض. لهذا الغرض، مطلوب وضوح الشمس أشباه الموصلات الانكسار. وهكذا، فإن معامل الانكسار اثنين من موجات الضوء المستقطب عموديا المنبعثة من الكريستال لديه اختلاف طفيف. ولذلك، فإن موجات الضوء لها ترددات مختلفة. عن طريق الانحناء وضوح الشمس أشباه الموصلات، والباحثين قادرون على ضبط الفرق تردد والفرق بين مؤشرات الانكسار. هذا الاختلاف يحدد سرعة التذبذب، وسوف تصبح في نهاية المطاف أساس تحسين سرعة نقل البيانات.

قيمة

مارتن هوفمان واختتم: "... وهذا النظام ليس على استعداد لوضع في تطبيق هذه التكنولوجيا لم يتم بعد الأمثل، ونحن نأمل في فتح مجالات جديدة للبحث من خلال إظهار الليزر تدور المحتملة"

الكلمة

الليزر، والبصرية، وتدور

المواد المرجعية

[1] https://news.rub.de/english/press-releases/2019-04-04-information-technology-spin-lasers-facilitate-rapid-data-transfer

[2]