Kryształy fotoniczne mogą zrewolucjonizować optoelektronikę poza CMOS

Wyobraźcie sobie centra danych przyszłości, w których informacje są przetwarzane z prędkością światła przez mikroskopijne kryształy zamiast hałasujących elementów elektronicznych.staje się namacalne dzięki technologii fotonicznych kryształówW miarę jak technologia CMOS zbliża się do swych fizycznych ograniczeń, integracja optyczno-elektroniczna staje się kluczowym rozwiązaniem, aby przełamać obecne bariery wydajności.

Mikroskopowy labirynt światła: Jak działają kryształy fotoniczne

Kryształy fotoniczne to sztucznie wytworzone materiały z okresowymi zmianami wskaźnika załamania.ograniczanie fotonów w mikroskopijnych przestrzeniach, aby dramatycznie zwiększyć interakcje światło-materiaFunkcjonując zasadniczo jako labirynty optyczne w skali nano, kryształy te mogą precyzyjnie manipulować ścieżkami światła poprzez wyrafinowane konstrukcje.

Wykonane przy użyciu zaawansowanych technik nanofabrykacji na substratach półprzewodnikowych, kryształy fotoniczne osiągają różne zjawiska optyczne poprzez staranną regulację ich struktury okresowej:

• Ograniczenie światła ultra silnego:Koncentruje fotony w objętościach podfalowych w celu zwiększenia wydajności urządzenia optycznego
• Efekt wolnego światła:Zmniejsza prędkość rozprzestrzeniania się światła w celu wydłużenia czasu interakcji światło-materia
• Ujemne załamanie:Umożliwia anomalne gięcie światła dla nowych elementów optycznych

Te unikalne właściwości pozycjonują kryształy fotoniczne jako elementy transformacyjne do miniaturyzacji urządzeń pamięci optycznej i zmniejszenia zużycia energii w fotonicznych układach scalonych.

Analogia kryształowa: od elektronów do fotonów

Termin "krystal fotoniczny" czerpie bezpośrednią inspirację z fizyki stanu stałego.okresowe układy atomowe tworzą okresowe pola potencjalne, które określają właściwości elektroniczne, produkuje przewodniki, izolatory i półprzewodniki.

Ta podstawowa zasada dotyczy również fotoniki: tak jak fale elektronów oddziałują z periodicznością w skali atomowej,fale światła oddziałują ze sztucznymi strukturami, których okresowość odpowiada długościom fali optycznej (zwykle 200-400 nm)Dzięki projektowaniu tych wymiarów, kryształy fotoniczne osiągają właściwości optyczne niemożliwe w naturalnych materiałach, w tym kompletne materiały fotoniczne blokujące specyficzne częstotliwości światła.

Poza CMOS: Imperatyw integracji optyczno-elektronicznej

Wraz z rosnącymi wymaganiami obliczeniowymi, tradycyjna technologia CMOS stoi przed nie do pokonania barierami.Miniaturyzacja tranzystorów zbliża się do granic skali atomowej, tworząc wąskie gardła w zakresie szybkości i efektywności energetycznej.

Wschodzące zastosowania ‒ od autonomicznych pojazdów po systemy prognozowania klęsk żywiołowych ‒ wymagają przetwarzania o bardzo niskim opóźnieniu, czego nie może zapewnić konwencjonalna elektronika.Rozwiązanie leży w bezproblemowej integracji optyczno-elektronicznej, łącząc prędkość i wydajność fotonów z wszechstronnością obliczeniową elektronów.

Fotoniczne przełomy NTT: Otwarcie drogi do integracji

Dwa dekady badań NTT nad nanofotonią przyniosły kluczowe innowacje:

• Najmniejsza na świecie integracja fotonowo-elektroniczna (2019)
• Modulatory i tranzystory optyczne o rekordowo niskiej mocy
• Przełączniki kryształowe fotoniczne z możliwością eksploatacji na skalę przemysłową

Te osiągnięcia umożliwiają tworzenie obwodów fotonowo-elektronicznych o bezprecedensowej prędkości i efektywności energetycznej, potencjalnie rewolucyjne w architekturze komputerowej.

Wizja IOWN: Przyszłość pełna fotoniki

Inicjatywa NTT Innovative Optical and Wireless Network (IOWN) przedstawia plan działania na rzecz infrastruktury fotonicznej do 2030 r.system optyczny od końca do końca obiecujący:

• Przekazywanie danych o bardzo dużej pojemności
• Komunikacja o prawie zerowym opóźnieniu
• Radykalne zmniejszenie zużycia energii

Poprzez integrację fotoniki z systemami obliczeniowymi i pamięciowymi, ramy te mogą zasadniczo zmienić paradygmaty przetwarzania informacji, umożliwiając inteligentniejsze,bardziej zrównoważone ekosystemy technologiczne.