Фотонические кристаллы могут произвести революцию в оптоэлектронике за пределами CMOS

Представьте себе центры обработки данных будущего, где информация обрабатывается со скоростью света через микроскопические кристаллы, а не шумные электронные компоненты.становится осязаемым с помощью технологии фотонических кристалловПоскольку технология CMOS приближается к своим физическим пределам, оптико-электронная интеграция выступает в качестве критического решения для преодоления существующих препятствий к производительности.

Микроскопический световой лабиринт: как работают фотонические кристаллы

Фотонические кристаллы - это искусственно созданные материалы с периодическими изменениями показателя преломления.Ограничение фотонов в микроскопических пространствах для значительного усиления взаимодействия света и материиПо сути, эти кристаллы функционируют как оптические лабиринты на наномасштабе, они могут точно манипулировать световыми путями с помощью сложной конструкции.

Изготовленные с использованием передовых методов нанофабрикации на полупроводниковых субстратах, фотонические кристаллы достигают различных оптических явлений путем тщательной корректировки их периодических структур:

• Ультрасильное освещение:Концентрирует фотоны в объемах субволн для повышения эффективности оптического устройства
• Эффект медленного света:Уменьшает скорость распространения света для увеличения времени взаимодействия света и материи
• Отрицательное преломление:Позволяет аномально сгибать свет для новых оптических компонентов

Эти уникальные свойства позиционируют фотонические кристаллы как трансформационные элементы для миниатюризации оптических устройств памяти и снижения потребления энергии в фотонических интегральных схемах.

Аналогия с кристаллом: от электронов к фотонам

Термин "фотонный кристалл" черпает прямое вдохновение из физики твердого тела.Периодические атомные устройства создают периодические потенциальные поля, которые определяют электронные свойства, производит проводники, изоляторы и полупроводники.

Этот основополагающий принцип распространяется и на фотонику: так же, как электронные волны взаимодействуют с периодичностью атомного масштаба,световые волны взаимодействуют с искусственными структурами, периодичность которых соответствует оптическим длинам волн (обычно 200-400 нм)Инжинирингом этих измерений фотонические кристаллы достигают оптических свойств, невозможных в естественных материалах, включая полноценные фотонические материалы, блокирующие определенные частоты света.

За пределами CMOS: Императив оптико-электронной интеграции

С учетными требованиями, растущими экспоненциально, традиционная технология CMOS сталкивается с непреодолимыми барьерами.Минимизация транзисторов приближается к пределам атомного масштаба, создавая узкие места в скорости и энергоэффективности.

Новые приложения, от автономных транспортных средств до систем прогнозирования бедствий, требуют обработки с очень низкой задержкой, которую обычная электроника не может обеспечить.Решение заключается в бесшовной интеграции оптико-электронной, объединяя скорость и эффективность фотонов с вычислительной универсальностью электронов.

Прорывы NTT в области фототехники: прокладка пути к интеграции

Прогресс в производстве полупроводников позволил быстро развивать фотонические кристаллы.

• Самая маленькая в мире фотоно-электронная интеграция (2019 год)
• Оптические модуляторы и транзисторы с рекордно низкой мощностью
• Фотонические кристаллические переключатели с жизнеспособностью в промышленном масштабе

Эти достижения позволяют создавать фотоно-электронные схемы с беспрецедентной скоростью и энергоэффективностью, потенциально революционизируя компьютерную архитектуру.

Видение IOWN: будущее полностью фотоническое

Инициатива NTT по инновационной оптической и беспроводной сети (IOWN) намечает дорожную карту 2030 года для фотонической инфраструктуры.Оптическая система с конца на конец, многообещающая:

• Ультравысокая пропускная способность передачи данных
• Сообщение с почти нулевой задержкой
• Радикально сниженное потребление энергии

Интегрируя фотонику в вычислительные и запоминающие системы, эта структура может фундаментально изменить парадигмы обработки информации, позволяя более умным,более устойчивые технологические экосистемы.