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悉尼大学世界首创科研成果:“在雷声内部存储闪电”

2017年09月19日
悉尼大学研究人员将光学数据转变为可读声波

悉尼大学研究人员通过在集成电路(微芯片)中将光学数据转变为可读声波,大幅减缓了以光波形式传送的数字信息的速度。

这一成果是世界首创。

在芯片内部将信息从光学形式转化至声学形式再转回来,对于光子集成电路的发展具有关键意义:用光而不是电子来管理数据的微芯片。

用于电信、光纤网络和云计算数据中心的芯片正在研制当中。在这些领域,传统的电子仪器易受到电磁干扰,产生过多热量,或者耗能太多。

“我们芯片中的声学形式的信息,其移动速度比光学形式的信息慢五个数量级。” 悉尼大学研究员、该项目主管Birgit Stiller博士说。

“这就像是雷声与闪电之间的区别。” 她说。

这种延迟允许数据在芯片内短暂地存储与管理,可以对其进行处理、回收及作为光波进一步传输。

光是一种绝佳的信息载体,可通过光纤电缆实现洲与洲之间的长距离数据传输。但是当信息正在电脑和电信系统中进行处理时,这一速度上的优势可能会成为麻烦。

来自澳大利亚研究理事会光学系统超高带宽设备卓越中心(CUDOS)的Moritz Merklein和Stiller博士,展示了一个用于数字信息的存储器来解决上面的问题——这个存储器能在光子微芯片上连贯地实现光与声波之间的转换。

他们合作的研究成果论文于周一刊登在《自然通讯》上。

基本原理:光进入微芯片,以声波形式进行短暂存储,然后以光的形式传输。


更强大的控制

悉尼大学博士生Merklein先生说:“在芯片内部建立一个声缓冲,把我们控制信息的能力提高了好几个数量级。”

Stiller博士说:“我们的系统并不限于一个狭窄的带宽。因此与之前的系统不同,这个系统允许我们同时以多种波长来存储并收回信息,极大地提高了设备的效率。”

光导纤维和相关联的光子信息,即用光来输送的数据,相比电子信息有着巨大的优势:带宽增加了,信息以光速移动,并且不会产生与电子电阻相关联的热量:与电子不同,光子不受电磁辐射干扰的影响。

但是,高速度数据的优点也存在着固有的弊病:你得在电脑芯片上降低速度,才能用这些信息做点有用的事情。

在传统的微芯片中,这个问题用电子器件来解决。但是当电脑和电信系统变得越来越大、越来越快时,随之产生的热量使某些系统变得无法控制。采用光子芯片——绕过电子器件——是一个诸如IBM和英特尔等大公司都在寻求的解决方案。

Merklein先生说:“要让它实现产业化,芯片上的光子数据需要降低速度,才能被处理、发送、存储及获取。”

CUDOS总监,澳大利亚研究理事会桂冠教授与论文合作者Benjamin Eggleton教授说:“这是光学信息处理领域的重要进步,因为不论是当前的还是未来的光学通信系统,这个概念能满足它们的所有要求。”

总部位于悉尼大学的澳大利亚研究理事会光学系统超高带宽设备卓越中心(CUDOS)是新南威尔士州、澳洲首都地区及维多利亚州的六所澳大利亚大学之间的研究联盟。该项研究得到了Eggleton教授的桂冠学术奖金的支持。

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