Un 'tsunami' en un chip de silicio

Un 'tsunami' en un chip de silicio
red de Bragg
Modificado por última vez en Miércoles, 03 Julio 2019 12:17
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Científicos en Sydney y Singapur crean una novedad mundial para las ondas de luz

Unos científicos han creado un pequeño tsunami de luz que podría usarse en un chip de silicio. Pero en lugar de la destrucción generalmente asociada con un tsunami, planean usarlo para generar señales más pequeñas y rápidas y procesadores más eficientes energéticamente.

Los tsunamis son un ejemplo de solitón, un pulso de energía de onda que no se extiende, manteniendo su forma mientras viaja.

Además de su capacidad de viajar largas distancias sin cambios, los solitones se pueden usar para el procesamiento de señales complejas, como la generación de trenes de pulsos, la configuración y la compresión de pulsos.

"Abre una caja de herramientas completamente nueva de técnicas de manipulación de pulsos", dice Ben Eggleton de la Universidad de Sydney en Australia. "Confiamos en los pulsos de luz para todo tipo de tecnología de comunicaciones".

El informe de la colaboración de Eggleton y su equipo de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur se publica en la revista Laser and Photonics Reviews.

Aunque las fibras ópticas se utilizan para transportar señales a grandes distancias, gran parte del procesamiento de la señal involucrado con la transmisión y recepción de datos todavía se realiza con la electrónica.

El sueño de Eggleton es no tener que convertir la luz en electricidad, sino encontrar formas de procesar señales de luz, un campo conocido como fotónica.

Ha sido posible el procesamiento de señales utilizando la dinámica de solitones, pero solo enviando la señal a través de una larga fibra óptica, negando las ventajas de velocidad del procesamiento de luz.

Para crear un solitón, uno necesita el índice de refracción, una medida de la velocidad de la onda, para variar de tal manera que el centro del pulso, donde es mayor la intensidad, se desplace un poco más lentamente que los bordes del pulso. Esto permite que los bordes se mantengan al día, para que el pulso no se extienda.

Esto requiere un fino equilibrio entre dos propiedades: la dependencia de la intensidad de la velocidad (no linealidad) y la dependencia de la velocidad de la velocidad (dispersión).

Pocos materiales tienen la combinación correcta, pero se puede crear una alta dispersión en una fibra óptica al rodearla con una estructura regular conocida como red de Bragg.

Sin embargo, la alta intensidad requerida para alcanzar el régimen no lineal hace que las cosas sean difíciles: por ejemplo, el silicio, el material más común para la fotónica, absorbe mucha energía cuando las señales alcanzan la intensidad necesaria para crear un solitón, descartando su uso.

Cuando Eggleton visitó Singapur hace unos años, vio a Ezgi Sahin creando "exquisitas" redes de Bragg con litografía: no con silicio, sino nitruro de silicio (Si3N4), un material que no tiene el problema de pérdida de energía del silicio.

"Fue un verdadero momento Eureka", dice Eggleton.

Las dos instituciones continuaron colaborando y demostrando solitones en nitruro de silicio, encontrando que el mejor material es un nitruro de silicio rico en silicio.

Eggleton dice que ahora se puede desarrollar un procesador de señales basado en solitones que se pueda colocar en un chip y se integre con otros componentes fotónicos como láseres y detectores.

"Es el santo grial, poner todo en un chip", dice.

Artículo científico: Bragg Soliton Compression and Fission on CMOS‐Compatible Ultra‐Silicon‐Rich Nitride


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