Onderzoekers ontwikkelen optische diode

Een groep onderzoekers van de Amerikaanse Purdue-universiteit heeft een nieuwe optische component ontwikkeld die kan worden gebruikt om optische informatie te verwerken. De componenten kunnen in chips worden geïntegreerd.

Een probleem bij het gebruik van optische signalen om grote hoeveelheden data te transporteren is de integratie met bestaande systemen. Om zinvolle bewerkingen met optische data te kunnen uitvoeren, worden de optische signalen veelal omgezet in elektrische signalen, waarna conventionele chips met de data kunnen rekenen. Met de nieuwe componenten van de Purdue-wetenschappers van het Birck Nanotechnology Center zou direct met de optische signalen gerekend kunnen worden.

Zij ontwikkelden daartoe een optische diode waarmee licht selectief kan worden doorgelaten of tegengehouden. De diode werkt passief en bestaat uit twee silicium ringen met een doorsnede van 10 micron. Wanneer een optisch signaal door de ene ring gaat, wordt het doorgelaten, maar wanneer het door de andere ring gaat, wordt het tegengehouden. De componenten functioneren op die manier dus als diodes en zijn volledig passief. De diodes kunnen door middel van selectieve verwarming worden aangepast voor verschillende golflengtes.

Volgens de Purdue-onderzoekers zijn de diodes bijna klaar voor commercieel gebruik. De productie ervan zou compatibel zijn met cmos-productie, wat het eenvoudig en goedkoop moet maken. De onderzoekers zien een rol voor chips met de optische diodes in optische interconnects om hogesnelheidsverbindingen tussen processors te realiseren.

Reacties (24)

[Verwijderd]

De eerste commerciële toepassing waar dit ongetwijfeld benut gaat worden is in grote switches die voor internet backbones gebruikt worden. Deze hebben er het meest baat bij om veel informatie zo snel mogelijk te versturen. Als dit puur optisch kan zonder de noodzaak voor omzetting is er een grote flessenhals weggenomen.
Verder is een optisch signaal niet gevoelig voor magnetische velden zoals een elektrische chip, dus zal het ook wel in militaire toepassingen komen. Consumenten komen pas als derde aan de beurt, wanneer de techniek verder ontwikkeld en goedkoper is geworden.

[sjoerdvdvis]

Is dit ook nuttig bij het gebruik in glasvezelverbindingen? Veelal gaat er snelheid 'verloren' bij het omzetten van lichtsignalen in elektrische signalen, zou dit dan ook een stuk efficienter gaan?

[0rbit]

De omzetting kost tijd en is duur. Met een diode alleen ben je er nog niet, maar de stap naar een optische transistor is wel kleiner geworden. Dan kun je alle digitale gates maken die je nodig hebt. En ook nog in CMOS. Het klinkt bijna te mooi om waar te zijn

Wat allicht nog een probleem zal zijn is dat je in vergelijking minder optische gates aan elkaar kan hangen dan elektrische; maar ook dat kun je natuurlijk oplossen middels een enkele transistor die aan een "voedingslicht" hangt.

[LooneyTunes]

De omzetting kost tijd en is duur. Met een diode alleen ben je er nog niet, maar de stap naar een optische transistor is wel kleiner geworden. Dan kun je alle digitale gates maken die je nodig hebt. En ook nog in CMOS. Het klinkt bijna te mooi om waar te zijn

En niet te vergeten alle RF signalen die je kwijt bent.
Op naar de optische transistor!

[Thomzh]

Volgens mij is dat niet één op één te vergelijken. Dit wordt op een hele andere schaal uitgevoerd (tussen processoren). Kennis die hier opgedaan wordt kan het door jou genoemde probleem natuurlijk wel helpen oplossen. Maar dit is die oplossing nog niet.

Correct me if I'm wrong

[WarMaster]

Als er selectief een signaal wordt doorgelaten spreekt met niet over een diode, maar eerder over een transistor... hetzij niet met het versterkende effect.

[Thedr]

Een transistor is eigenlijk niks meer dan een 'gestuurde' (dus actieve) diode: daarmee kan je met een derde poort bepalen of de diode moet sperren of doorlaten. Dit is echter hier niet het geval: dit is een passieve component. De ene kant op laat het door, de andere kant op spert het. Er is in principe verder niks om dat te beïnvloeden.

[Verwijderd]

Eigenlijk is dit dus wel een diode. De benaming klopt wél. Een diode is niets meer dan een elektrisch "ventiel", of in dit geval optisch.

[daan.timmer]

eigenlijk dus een FET

[Thedr]

Absoluut géén FET. Een FET heeft als kenmerk (en soms voordeel) dat het in tegenstelling tot een transistor juist geen diode in het signaalpad heeft!

edit:

Een FET kan prima ingezet worden om te versterken (/schakelen). Belangrijkste hier is eigenlijk nog wel het verschil tussen actief en passief tussen respectievelijk transistor en diode (zie ook mijn reactie hieronder). Als je een diode al vergelijkt met een actieve component dan zou je dat moeten doen met een BJT. Maar nogmaals: dit is een zuiver passieve component!

snap eigenlijk niet waarom mijn reactie offtopic/irrelevant wordt gemod

[Reactie gewijzigd door Thedr op 27 juli 2024 20:50]

[T-men]

Een FET werkt doordat een 'plaat' langs een geleider een magnetisch veld opwekt waardoor deze geleider geblokkeerd wordt. Is de plaat niet geladen, dan is er geen magnetisch veld en wordt de geleider niet geblokkeerd.

Magnetische velden spelen hier geen rol, dus in zoverre is dit inderdaad geen FET. Ook is er geen sprake van een ononderbroken geleider.

Wat daan.timmer waarschijnlijk bedoeld is het feit dat "Ring #1" als een soort plaat fungeert die de overdracht via "Ring #2" toelaat, dan wel blokkeert.

Het is een vergelijking, en elke vergelijking gaat ergens mank. Hier valt inderdaad best het e.e.a. op aan te merken, maar ik vind het nog niet zo gek bedacht.

[Sissors]

Als eerste @daan.timmer, sinds wanneer versterkt een FET niet meer? Sowieso een FET is een transistor.

Dan @T-men, een FET gebruikt geen magnetische velden, maar elektrische velden. Als hij 'aan' staat, dan is er een elektrisch veld en is er geleiding, in zijn uit stand is er geen geleiding.

[daan.timmer]

Dan heb ik volgens mij deze tekst verkeerd begrepen

http://en.wikipedia.org/w...#Field-effect_transistor:

Unlike bipolar transistors, FETs do not inherently amplify a photocurrent

[T-men]

@T-men, een FET gebruikt geen magnetische velden, maar elektrische velden

Verdraaid, je hebt gelijk ! Die bedoelde ik, maar ik zei het verkeerd.

[daan.timmer]

Ik ga er in dat geval van uit dat ieder zo zijn eigen beeld heeft bij 'selectief kan worden doorgelaten of tegengehouden'

Ik las het als 'als er een stroompje komt, dan laat hij het wel van A > B door en anders niet'.

Als er uit gegegaan wordt van 'het kan alleen van A > B en niet van B > A' "en dat noemen we selectief" dan is het inderdaad een diode.

Mijn idee van een FET was gericht op WarMaster's idee van een transistor. Waarbij een transistor versterkt doet een FET dat niet. En ik neem aan dat dit ook niet zal versterken

[robvanwijk]

Ik las het als 'als er een stroompje komt, dan laat hij het wel van A > B door en anders niet'.

Eerlijk gezegd snap ik het artikel / de tekening niet helemaal, maar het hele idee van optische schakelingen is om het volledig optisch te doen, zonder omzetting naar electriciteit. Er zal dus hoe dan ook geen stroompje lopen.

De reden dat je van electriciteit af wil is dat geleiders altijd een weerstand hebben, zodat er altijd warmteontwikkeling is. Het grote voordeel van optisch (of kamer-temperatuur supergeleiders, maar die zijn nog niet in zicht en of ze zelfs maar kunnen bestaan is niet zeker hmm, op zich heeft een glasvezel wel iets weg van een "optische supergeleider") is dat er juist geen warmteontwikkeling is en je dus ook geen warmte af hoeft te voeren.

De reden dat je niet electrisch/optisch hybride wilt werken is dat converteren tussen electrisch en optisch tijd (en chipoppervlak) kost.

Blijft over: volledig optisch. Dit onderzoek lijkt een stap in die richting te zijn.

[0rbit]

Nee hoor. Dit is een diode in zijn zuiverste vorm.

[wouzke]

Met het voordeel tov een diode dat er volgens mij hier geen "spanningsval" over de diode staat, in dit geval dus een deel van het lichtsignaal dat wordt afgezwakt.

[badflower]

is er iemand die dat plaatje snapt? Het licht gaat dus door 1 van de 2 ringen, door de ene ring is block, de andere is doorlaten. Maar hoe wordt het nu geblocked?
En wat zijn de functies van de poorten, want in principe zijn de ringen de diode?

[0rbit]

Linksboven en rechtsonder heb je de twee pootjes van de diode. Stuur je linksboven er licht in dan komt het er rechtsonder uit. Stuur je het er rechtsonder in dan komt het er linksboven niet uit. Wat de ringen precies doen weet ik ook niet; ik zou zeggen lees het paper.

[T-men]

Uit het plaatje lees ik het volgende:

Stel een licht signaal komt binnen, op het plaatje linksboven bij "Port I". Op zijn weg naar rechts 'verlicht' hij de "Ring #1". Vervolgens gaat hij verder in de geleider en verlicht hij ook "Ring #2". Daarbij wordt het licht niet geblocked en 'springt' het signaal via die "Ring #2" over naar de geleider "Port II"

Andersom: stel het licht komt binnen bij "Port II" en wil overspringen via "Ring #2", dan is "Ring #1" nog niet verlicht. Het signaal wordt nu geblocked.

Het signaal kan dus wel via "Port I" naar binnen en via "Port II" naar buiten, maar niet andersom, voila: een optische diode.

Overigens wat die ringen nu precies doen waardoor het licht nu wel of niet geblocked wordt is mij ook nog niet geheel duidelijk, maar ik vermoed dat het te maken heeft met fase en tegenfase waardoor het licht de ene keer 'uitdooft' en de andere keer niet.

[Reactie gewijzigd door T-men op 27 juli 2024 20:50]

[Willem Haanstra]

Als ik het goed begrijp gaat het licht door ring #2 heen als deze eerst door ring #1 is gegaan. Als het licht alleen op ring #2 valt dan wordt het licht geblokkeerd.

Het wordt er niet duidelijker op dat beide de ringen en de lichtstralen in dezelfde blauwe stijl getekend zijn.

[edit: typo]

[Reactie gewijzigd door Willem Haanstra op 27 juli 2024 20:50]

[Marathir]

Het principe lijkt mij gelijk te staan aan tegegestelde golven die elkaar cancellen.

Licht dat door de eerste ring gaat (linksboven) gaat gewoon door, tot het bij ring 2 komt. Daar springt het ook in het rondje, en verder naar rechts onder.

Licht dat rechts onder binnen komt, gaat ook een rondje, maar komt de tegengestelde golf van zichzelf tegen in het rondje en dooft daarom uit.

Al denk mis ik het doel van het eerste rondje dan, maar dit is imho het principe.
Vooral doordat de output gekromd is zal de interferentie ontstaan.

[HarryDeCowboy]

Een optische transistor is nog wel een stapje verder dan dit.
Dit is simpelweg een diode, alleen dan met licht (optische) signalen, maar de optische transistor is wel een stap dichterbij zoals boven ook beschreven.