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Temps Objectif Vitesses Données optiques
Des chercheurs de l'Université Cornell ont développé un dispositif simple en silicium pour accélérer les données optiques. L'appareil comprend une puce en silicium appelée lentille temporelle, des longueurs de fibre optique et un laser. Il divise un flux de données codé à 10 gigabits par seconde, le reconstitue et génère les mêmes données à 270 gigabits par seconde. Accélérer la transmission optique des données nécessite généralement beaucoup d'énergie et des optiques encombrantes et coûteuses. Le nouveau système est économe en énergie et est intégré sur une puce de silicium compacte. Il pourrait être utilisé pour déplacer de grandes quantités de données à grande vitesse sur Internet ou sur des puces optiques à l'intérieur d'ordinateurs.
Lentille de temps : Cette puce de silicium, appelée lentille temporelle, est conçue avec des guides d'ondes qui divisent les signaux optiques et les combinent avec la lumière laser pour accélérer les débits de données.
La plupart des données de télécommunications d'aujourd'hui sont codées à un taux de 10 gigabits par seconde. Alors que les ingénieurs ont essayé d'étendre à de plus grandes bandes passantes, ils se sont heurtés à un problème. Comme vous obtenez des débits de données très élevés, il n'y a pas de moyen facile d'encoder les données, dit Alexandre Gaète , professeur de physique appliquée et d'ingénierie à l'Université Cornell, qui a développé le dispositif au silicium avec Michal Lipson , professeur agrégé de génie électrique et informatique. Leur travail est décrit en ligne dans la revue Photonique de la nature .
Le nouveau dispositif pourrait également être une étape critique dans le développement de puces optiques pratiques. À mesure que l'électronique s'accélère, la consommation d'énergie devient un problème de plus en plus contraignant, en particulier au niveau de la puce, selon Cool Bergman , professeur de génie électrique à l'Université Columbia, qui n'était pas impliqué dans la recherche. Vous ne pouvez pas faire fonctionner votre ordinateur portable plus rapidement sans qu'il devienne plus chaud et consomme plus d'énergie, explique Bergman. L'électronique a une limite supérieure d'environ 100 gigahertz. Les puces optiques pourraient accélérer le fonctionnement des ordinateurs sans générer de chaleur résiduelle, mais en raison de la nature de la lumière (les photons n'aiment pas interagir), il faut beaucoup d'énergie pour créer des signaux optiques rapides.
Le nouveau modulateur ultrarapide contourne ce problème car il peut compresser les données encodées avec des équipements conventionnels à des vitesses ultra-élevées. L'appareil Cornell est appelé télescope temporel. Alors qu'une lentille ordinaire modifie la forme spatiale d'une onde lumineuse, une lentille temporelle l'étire ou la comprime au fil du temps. Brian Kolner , maintenant professeur de sciences appliquées et de génie électrique et informatique à l'Université de Californie à Davis, a jeté les bases théoriques de la lentille temporelle en 1988 tout en travaillant à Hewlett Packard . Il en a fabriqué un au début des années 90, mais cela nécessitait un modulateur à cristal coûteux qui prenait beaucoup d'énergie. Le travail de Cornell, dit Kolner, est une avancée technique sensée pour réduire les preuves de principe à une pratique utile.
Voici comment fonctionne le système Cornell. Tout d'abord, un signal est codé sur une lumière laser à l'aide d'un modulateur conventionnel. Le signal lumineux est ensuite couplé dans la puce Cornell via une bobine de fibre optique, qui le transporte sur un guide d'ondes en silicium à l'échelle nanométrique. Tout comme un accord de guitare est composé de notes provenant de différentes cordes, le signal est composé de différentes fréquences de lumière. Lorsqu'il est sur la puce, le signal interagit avec la lumière d'un laser, ce qui l'amène à se diviser en ces fréquences composantes. La lumière traverse une autre longueur de câble jusqu'à un autre guide d'ondes en silicium à l'échelle nanométrique, où elle interagit avec la lumière du même laser. Dans le processus, le signal est reconstitué, mais avec sa phase modifiée. Il sort ensuite de la puce au moyen d'une autre longueur de fibre optique, au rythme de 270 gigabits par seconde.
La physique est complexe, mais l'effet net, dit Bergman, est de prendre un flux de bits assez lents et de les faire aller beaucoup plus vite. Le télescope temporel transmet plus de données en moins de temps et le fait de manière économe en énergie, car la seule puissance requise est celle nécessaire pour faire fonctionner le laser.
Le dispositif Cornell fait partie d'une série de percées récentes en photonique sur silicium. Le silicium est ce matériau électronique étonnant, et pendant longtemps, il a été considéré comme un matériau optique moyen, explique Gaeta. Depuis cinq ans, les chercheurs bousculent cette notion. En 2005, des chercheurs d'Intel ont fabriqué le premier laser au silicium ; par la suite, d'autres composants optiques, dont des modulateurs – dispositifs de codage d'informations sur les ondes lumineuses – ont été réalisés à partir du matériau. Les gens n'arrêtent pas de dire qu'il faut remplacer le silicium pour effectuer un traitement à très grande vitesse, mais le silicium peut être la solution, dit Gaeta.
S'en tenir au silicium présente deux avantages. Premièrement, les fabricants disposent déjà de l'infrastructure pour fabriquer des appareils en silicium. Vous pouvez tirer parti de toutes les technologies développées pour l'électronique pour fabriquer des dispositifs optiques, explique Gaeta. Et si l'électronique et l'optique peuvent être faites du même matériau, il pourrait être beaucoup plus simple de les intégrer sur la même puce et de faire en sorte que chacun fasse ce qu'il sait faire de mieux : le traitement dans le cas de l'électronique, la transmission ultrarapide des données dans le cas de l'optique .