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2017-03-20 23:09 |
低温环境下光电开关的数据传输
在桑迪亚国家实验室研究人员来发了一种新型的硅光开关，这种开关的特性是在温度高于绝对零度几度高时其所能达到的数据传送速率高达10千兆比特每秒，这在全世界尚属首次。该器件可以在低温环境下实现下一代超导计算机的数据传输、存储和处理。虽然这些超级计算机仍然是实验性的，但它们可提供的计算速度比现在的计算机要快十倍，同时显著降低了用电量。 XTzz/.T;Z
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事实上，开关是工作在一定温度范围内的，提供快速的数据传输并且需要很少的功率也可以使它对于太空空间中使用的仪器的数据传输有用途，在这些情况下电源是有限的，切温度变化很大。 F 7v 1rf]
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“在极冷的温度下实现电气的连接操作是非常具有挑战性的，但光可以提供一个解决方案，”首席研究员Michael Gehl说，他是新墨西哥州桑迪亚国家实验室的一名研究人员。“我们的微型开关允许在寒冷的环境下通过光纤实现数据传输，而不是通过电力。” Bo )N<S_=^
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在美国光学学会的高影响力的研究期刊《光学》杂志上，Gehl和他的同事们描述了他们的新硅微盘调制器，并显示它可以在环境温度为4.8开尔文温度下传输数据。该设备采用制作CMOS计算机芯片一样的技术标准进行制作，这意味着它可以很容易地集成到包含电子元件的芯片上。 }f/xMp-Y
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“这是主动硅光学器件在如此低温下运行的第一个例子，”Gehl说。“我们的设备对于目前所应用的利用电的方式在寒冷环境下发射和接收的有限速度来说将是革命性的。” UEm~5,>$0
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低温下性能良好的光纤 Qyh_o
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对于低温应用，光学方法提供了几个好处超过电力数据传输。因为电线传导热量，他们经常把热量引入一个需要保持寒冷的系统。另一方面，光纤传输几乎没有热量。此外，单一的光纤可以传输更多的数据比电线更快的速度，这意味着一个光纤可以做许多电气连接的工作。 p#k>BHgnF
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微型磁盘调制器需要很少的电力运行，相比今天的市售电光开关其所需要的能量要低约1000倍，这也有助于需要在寒冷环境下运行的设备减少热的发散。 <i<[TPv";
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为了制造新的装置，研究人员制作了一个小的硅波导（用于传输光波）在一个直径只有3.5微米的硅微盘旁边。光穿过波导进入微盘并绕盘而不是直接穿过波导。 !(% ^Tg=
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在硅微盘上添加杂质会产生一个可以施加电压的电接点。电压改变材料的特性，阻止光进入磁盘，并允许它通过波导。这意味着光信号关闭，作为电压开关，提供一种方式来把1和0组成电气数据转换为光信号。 pwu8LQ3b{O
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虽然其他研究小组已经设计了类似的设备，Gehl和他的同事们优化了这种对杂质的使用量，使得微盘调制器能够在低温下实现更准确的操作。他们的方法可以用来制造其他低温下工作的光电器件。 8y9` xRy
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低误差率 MLd*WpiI.
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测试微盘调制器，研究人员把它放在一个低温恒温器中，这是一个小的真空室，可以使在其中的目标冷却到非常低的温度下。微盘调制器转换电信号变为低温恒温器的光信号。研究人员然后研究了低温恒温器传输出的光信号，通过测量，进行研究这种信号与传入的电数据的匹配程度。 1Tb'f^M$
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研究人员操作他们的设备，分别在室温、100开尔文和4.8开尔文的环境下实验不同的传输速率并且最高达每秒10吉比特的数据传输。虽然他们观察到在最高的数据速率和最低温度情况下的误差略有增加，但其传输的错误率对于设备来说仍然是足够低的，这对用于发送数据来说是有用的。 [,@gSb|D?
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这项工作是桑迪亚国家实验室，几年来对于光纤通信和高性能计算应用的硅光子器件的研究基础之上的。下一步，研究人员想证明他们的装置工作在低温环境下生成的数据，而不只是来自低温恒温器外的电信号。他们也将会继续优化该设备的性能。 aDDs"DXx
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原文链接：https://phys.org/news/2017-03-electro-optical-transmits-record-low-temperatures.html
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