Движение вокруг да по кругу
(Going round and round)
Выпуклое волокно превосходно хранит свет
Крошечный резонатор, который может хранить свет без значительных потерь был создан исследователями в США. Аппарат выполнен из обычного оптического волокна и является гораздо более эффективным, чем обычные резонаторы сделанные из кремния. Такие, волоконные резонаторы с малыми потерями могут повысить производительность сетей и смогут даже привести к созданию полностью оптических компьютеров - утверждают исследователи.
Оптические системы связи являются чрезвычайно эффективными, когда речь заходит о передаче данных в виде световых импульсов. Тем не менее, коммутация и обработка данных, как правило, требуют, чтобы импульсы были преобразованы в электрические сигналы и затем назад в свет - операции, которые стоят дорого как с точки зрения затраченной энергии, так и с смысле размеров чипа. Исследователи, таким образом, заинтересованы в развитии всего - и оптических переключателей и процессоров, и ключевой проблемой здесь является как хранить световой импульс достаточно долго для того, чтобы манипулировать им.
Одним из решений является оптический резонатор, в котором импульс сохраняется в течение короткого периода времени, когда его запускают между зеркалами и он там мечется туда и обратно. На основе кремния резонаторы могут быть изготовлены размером всего несколько сотен нанометров. Однако, по словам Михаила Суметского (Mikhail Sumetsky) из OFS-лаборатории в Нью-Джерси, который был вовлечен в эти последние исследования, «проблема с литографией [кремния], при которой обычно используют травление, и которая является причиной шероховатости поверхности резонатора». Из-за того, что шероховатая поверхность рассеивает больше света, чем гладкая, сигнал в таких резонаторах слабеет с темпом около 0,1 дБ/см, в то время как свет проходит внутри них. В отличие от резонатора разработанного Суметским и коллегами, который формируется нагреванием и растяжением оптического волокна, что придает ему гораздо более гладкую поверхность и, следовательно, более низкий уровень потерь - менее 10
-4
дБ/см.
Формовка с высокой точностью
Резонатор сам по себе представляет лишь очень небольшую выпуклость в оптическом волокне, около 20-40 мкм в диаметре, которая создается путем нагрева в точках по обе стороны волокна инфракрасным лазером и вытягивание концов материала так, что стекло нагревается, растягивается и сужается. Узким участкам необходимо быть лишь на около 10 нм тоньше, чем выпуклости, и этот метод дал команде контроль диаметра с точностью не хуже 0,1 нм.
Джон Фини (John Fini), один из сотрудников Суметского, говорит, что используемые методы, аналогичны тем, которые применялись для изготовления микроволокон несколько лет назад. «Но улучшение точности на два порядка позволяет изготовить эти микрорезонаторы», добавляет он.
В их эксперименте, свет проникает в резонатор через второе оптическое волокно, которое идет от источника света, а после резонатора идет к детектору (см. иллюстрацию). Волокно сужается, когда оно проходит резонатор так, что свет может легко перемещаться между двумя компонентами. Если частота света совпадает с частотой резонатора, то свет отклоняется в резонатор. В противном случае свет проходит мимо резонатора прямо на детектор.
Спиральное движение по выпуклости
Оказавшись внутри резонатора, свет по спирали движется вдоль поверхности выпуклости, пока не достигнет сужения, где он отражается обратно. В результате световая волна оказывается в ловушке с чередованием интенсивности пиков и узлов в выпуклости.
Исследователи утверждают, что с помощью одного резонатора они удерживают в ловушке свет в 100 раз дольше, чем это возможно в резонаторе, изготовленном литографически. Кроме того, они утверждают, что они могли бы удерживать свет даже больше, добавив больше резонаторов. Это так же просто, как нагревание большего количества точек на волокне и последующим растяжением. Исследователи продемонстрировали серию из 10 резонаторов на одном оптическом волокне. Соседние резонаторы можно подобрать так, чтобы свет, прежде чем попасть в детектор, проходил по всем им, тем самым увеличивая время сохраняя его на более длительный срок.
Удай Ханхойе (Uday Khankhoje) из лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния, предполагает, что эти микрорезонаторы могут быть хорошим вариантом для маршрутизации оптических данных в Интернете. Маршрутизатор держит данные, пока путь не освободится для них, функция известная как буферизация. В традиционных маршрутизаторах, оптические данные преобразуются в электронные сигналы для хранения, а затем снова превращается в оптические сигналы. «Поскольку эти новые устройства выполнены лишь из оптического волокна и потери достаточно низкие, то было бы практично использовать их светохранящее свойство как буфер света», говорит Ханхойе.
Челночные световые проблемы
Ханхойе, однако скептически отозвался о применение новых резонаторов в оптических вычислениях. «Очень серьезный практический вопрос в том, что много оптической мощности будет потеряно в челносветовых процессах между этими устройствами и литографически изготовленными устройствами; последние необходимы для выполнения основных вычислительных задач», говорит он. Суметский утверждает, что очень низкие потери на связь между литографически сделанными волноводами устанавливается на верхней части оптического волокна и уже было продемонстрировано, и что резонаторы должны работать в подобной системе.
Такасуме Танабе (Takasume Tanabe) из университета Кейо, Япония, отмечает, что хотя другие микрорезонаторы способны хранить свет более длительное время, данная технология выделяется для практических приложений, поскольку резонаторы сделаны с общим оптическим волокном, и команда показала, что устройства могут быть легко подключены к не оптическим устройствам. «Объединение более чем одной полости приносит возможность иметь медленный свет для буферизации памяти, повышение нелинейности для полностью оптических логических операций, и волоконного зондирования», говорит он.