26.03.2015

Ученые разработали новый способ управления светом, подходящий для создания высокопроизводительных вычислительных систем будущего

Устройство, по строению напоминающее пчелиные соты с микроскопическими ячейками, изготовленное из специального пластика, может преломлять лучи света, заставляя их двигаться по замысловатым траекториям. Некоторые из видов такого преломления крайне трудно реализуются при помощи традиционных оптических методов, кроме этого, новое устройство оставляет в неприкосновенности структуру и интенсивность проходящего через него луча света. Это устройство, разработанное учеными из Техасского университета в Эль-Пасо (University of Texas at El Paso, UTEP) и университета Центральной Флориды (University of Central Florida, UCF), является одним из самых эффективных на сегодняшний день способов управления передачей света, который можно использовать, встраивая его прямо в структуру цифровых электронных чипов.

Передача информации при поморщи лучей света, а не электрических сигналов, позволит в некоторых случаях передавать данные в тысячи раз быстрее, нежели это возможно сейчас. Но управление лучами света без потери их энергии и искажения других их характеристик было проблемой до последнего времени.

Для управления направлением распространения света раньше использовались только волноводы из специальных материалов. Но радиусы изгибов таких волноводов не могли быть слишком маленькими, если поворот траектории распространения луча света оказывался слишком "крут", то луч света резко терял значительную часть своей энергии, которая рассеивалась в окружающее пространство или выделялась в виде тепла, а сам луч подвергался при этом существенным искажениям.

"В структуре полупроводниковых чипов и электронных печатных плат всегда присутствуют металлические токопроводящие дорожки и другие элементы, через которые в их пределах передаются электрические сигналы, несущие данные" - рассказывает Рэймонд Рампф (Raymond Rumpf), профессор электротехники и вычислительной техники из UTEP, - "Одной из проблем, которая препятствует использованию света вместо электрических сигналов, являются технологии управления направлением распространения лучей света, которые необходимо направлять строго по определенному пути".

Создавая свое миниатюрное устройство управления потоком света, ученые использовали метод прямой лазерной записи (direct laser writing), своего рода метод трехмерной лазерной наноразмерной печати. Этот метод позволил создать наноразмерные элементы структуры оптического устройства, обеспечив высокую точность их геометрии. Затем ученые, пропустив лучи света лазера через это устройство, определили, что оно способно повернуть луч света на угол, в два раза более острый, нежели удавалось достичь ранее. Кроме этого, при прохождении через оптическое устройство луч света не терял ни капли своей интенсивности и не подвергался никаким искажениям.

В настоящее время ученые занимаются разработкой оптического элемента с ячейками меньших размеров и другой формы, которые будут способны поворачивать лучи света на еще большие углы. И, вполне вероятно, что созданная учеными технология управления светом найдет широкое применение в компьютерах, смартфонах и других электронных устройствах будущего, которые станут менее габаритными, более быстрыми, эффективными и будут потреблять меньше энергии, нежели современные устройства.

Источники:

1. dailytechinfo.org