3D-антенна-на-кристалле ускорит передачу ИК-света до уровня суперкомпьютеров

Исследователи из Университета Райса создали пространственно-временной модулятор (ПВМ) микронных размеров, который повысит характеристики систем обработки оптической информации на несколько порядков.

Антенна-на-кристалле» схожа с теми полупроводниками, которые используются в датчиках и устройствах для обработки изображений, но эта антенна трехмерна.

По словам Сяньфэна Цзю (Qianfan Xu), доцента электротехники и компьютерной техники Университета Райса, пространственно-временные модуляторы (ПВМ) значительно отличаются от устройств, применяемых в настоящее время.

Из новых модуляторов можно формировать очень большие массивы с высокой эффективностью. ПВМ изготовлен из кремния по КМОП-технологии и может работать с очень высокой скоростью. Подробности изобретения описаны в интерактивном журнале Scientific Reports, вышедшем на прошлой неделе.



Аспиранты Университета Райса, создавшие «антенну-на-кристалле». Крайний справа – Сяньфэн Цзю. Фото: JeffFitlow/Университет Райса

По словам Цзю, эти антенны не годятся для вычислений общего назначения, однако могут использоваться в решении задач по обработке оптического сигнала, которые сопоставимы по мощности с суперкомпьютерами.

В современных компьютерах распространение света ограничено двумя направлениями волноводов, тогда как Цзю и его коллеги предлагают воспользоваться «объемным мультиплексированием», т.е. «многими не влияющими друг на друга лучами света, распространяющимися в одном замкнутом пространстве».

В стандартных методах интегральной фотоники применяются массивы пикселов, передача которых может изменяться с очень высокой скоростью. Если установить такой массив на пути луча света, можно изменить интенсивность или фазу пучка излучения на выходе.

Кристаллы пространственно-временных модуляторов представляют собой наноребра кристаллического кремния, которые образуют полость между положительно и отрицательно легированными пластинами, соединенными с металлическими электродами. Положение ребер можно изменять, регулируя резонансные свойства полости, через которую проходит падающий извне свет.



Через кремний проходит только свет инфракрасного (ИК) диапазона. Попавший в ПВМ пучок света обрабатывается и выходит через другую сторону кристаллу. Электрическое поле между электродами включает и отключает передачу потока с высокой скоростью.



По словам Цзю, светодиодные экраны и микрозеркальные массивы в проекторах представляют собой пространственно-временные модуляторы с вращающимися зеркалами. Хотя ПВМ является одним из основных элементов оптических систем, их скорость переключения ограничена микросекундами, что вполне подходит для работы дисплеев и проекторов. Однако для решения задач по обработке данных, когда каждый пиксел соответствует определенной единице информации, этих значений недостаточно.

Между двумя электродами антенны-на-кристалле микроскопических размеров, созданной исследователями из Университета Райса, устанавливается кристаллический кремний. Кристалл ПВМ в системах обработки сигналов и других оптических приложениях манипулирует ИК-светом с очень высокой скоростью

По словам Цзю, созданное группой исследователей устройство в перспективе позволит модулировать сигнал со скоростями выше 10 Гбит/с, в результате чего скорость обработки оптической информации вырастет на несколько порядков. Новые пространственно-временные модуляторы найдут применение в системах формирования изображения и контроля, дисплеях, голографии и в приложениях по дистанционному контролю.

russianelectronics.ru