Терагерцовый диапазон может в будущем стать основой беспроводных коммуникационных систем, обеспечивающих в сотни раз большую скорость передачи данных, нежели нынешние сети мобильной связи и сети Wi-Fi. Но, до момента появления терагерцовых сетей пройдет еще немало времени, которое потребуется ученым и инженерам для разрешения целого ряда сложнейших технических проблем. Группа исследователей из университета Брауна (Brown University) сделала достаточно большой шаг в указанном выше направлении, они создали один из ключевых компонентов коммуникационного оборудования - мультиплексор, способный работать в терагерцовом диапазоне. Мультиплексирование - это технология, повсеместно используемая в настоящее время, которая позволяет пропускать через один кабель или оптическую линию множество раздельных потоков данных.

"Любая коммуникационная технология, в том числе и терагерцового диапазона, нуждается в реализации функций мультиплексирования и демультиплексирования" - рассказывает Даниэль Миттлмен (Daniel Mittleman), профессор из университета Брауна, - "И сейчас наша группа продемонстрировала первую в мире работоспособную и эффективную систему мультиплексирования, предназначенную для работы в терагерцовом диапазоне".

Терагерцовый мультиплексор, над которым продолжает работу группа профессора Миттлмена, представляет собой одну из разновидностей антенн бегущей волны (leaky wave antenna). Эта антенна состоит из двух металлических пластин, размещенных строго параллельно друг другу, формируя волновод. В одной из пластин сделана прорезь определенной формы, через которую некоторая часть волн терагерцового диапазона "утекает" из волновода. И, как показали исследования, угол, под которым выходит луч излучения через отверстие, зависит от частоты самого излучения.

"Это означает, что если запустить в волновод излучение, состоящее из 10 немного отличающихся по длине волн, то каждая из них может нести свой собственный поток данных, который будет покидать пределы мультиплексора строго под определенным углом" - рассказывает профессор Миттлмен, - "И приемник, размещенный в определенной точке напротив выходного отверстия, будет принимать сигнал, несущий данные только одного определенного канала".

Использованный учеными подход достаточно универсален. Регулируя расстояние между пластинами мультиплексора, можно изменять ширину полосы пропускания устройства, которая выделяется для каждого канала. И такая возможность станет весьма полезна при использовании такого мультиплексора в сложных сетях передачи данных. "Если одна из подсетей нуждается в большой полосе, то ее можно будет позаимствовать у другой подсети, которой не требуется огромная пропускная способность. И делается это очень просто - путем изменения ширины промежутка между пластинами".

В настоящее время ученые продолжают работать над совершенствованием созданного ими устройства. А в изготовлении опытных образцов таких устройств, которые будут использованы в качестве доказательств работоспособности технологии, примут участие исследователи из университета Осаки, Япония.

Источник





Использование света определяет будущее информационно-коммуникационных технологий - при помощи использования оптических компонентов компьютеры обретут способность работать более быстро и более эффективно. Оптическое волокно уже давно используется для передачи данных при помощи света, но в недрах компьютеров данные передаются и обрабатываются пока еще по-старинке, при помощи электрических сигналов и электронных компонентов. Именно реализация электронного варианта обмена данными между процессором и оперативной памятью является главным ограничителем быстродействия нынешних компьютеров, узким местом архитектуры фон Неймана. И для расширения этого узкого места совершенно недостаточно организовать оптический интерфейс между памятью и процессором, на обоих концах этого интерфейса все равно придется выполнять преобразование электрических сигналов в оптические и наоборот. Именно поэтому ученые из различных стран интенсивно занимаются разработкой методов выполнения обработки и хранения данных, основанных на использовании исключительно оптических и фотонных технологий.

Достаточно серьезного успеха на этом поприще удалось добиться ученым из Технологического института Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT), которые работали совместно с учеными из университетов Мюнстера, Оксфорда и Эксетера. Этим ученым удалось создать первый полностью оптический чип энергонезависимой памяти, что является важным шагом на пути разработки оптическо-фотонных компьютеров. Использованные в этом чипе энергоемкие материалы, изменяющие их оптические свойства в зависимости от расположения атомов в их кристаллической решетке, позволяют хранить в одной ячейке сразу несколько бит данных, что является неоспоримым преимуществом по сравнению с другими типами энергонезависимой памяти.

"Запись в чипы оптической памяти может производиться на частотах порядка гигагерца, что позволит запоминающим устройствам с такой памятью работать с очень высоким быстродействием" - рассказывает профессор Уолфрэм Пернайс (Wolfram Pernice), возглавляющий научную группу в KIT, - "Кроме этого, разработанная нами память полностью совместима с оптическими системами, используемыми в оптоволоконных коммуникациях. А алгоритмы доступа к содержимому ячеек делает новую память совместимой с некоторыми типами самых последних процессоров".

Основным преимуществом новой оптической памяти является ее энергонезависимый характер. Информация в ней может храниться десятилетиями, даже если чипы памяти не работают и находятся в обесточенном состоянии. Одна "многоуровневая" ячейка, которая имеет размер в одну миллиардную долю метра, позволяет хранить несколько бит данных, кроме этого, ячейка может использоваться в качестве простейшего логического элемента, выполняющего примитивные функции обработки записанной в нее информации.

Описанные выше "чудеса" стали реальностью благодаря использованию так называемых энергоемких материалов, в частности, Ge2Sb2Te5 (GST). Это материалы нового класса, которые способны изменять их оптические свойства в зависимости от их насыщенности энергией. Насыщение энергией этих материалов приводит к сдвигам атомов и изменению структуры их кристаллической решетки от кристаллической (прозрачной) формы до аморфного (непрозрачного) состояния, и такие изменения происходят весьма быстро под воздействием сверхкоротких управляющих импульсов лазерного света. А считывание записанных данных производится при помощи сверхкоротких импульсов света меньшей интенсивности.

Но, для того, чтобы использовать все преимущества новой энергонезависимой оптической памяти ученым придется еще немало поработать в самых разных направлениях. Естественно, что ожидать скорого появления фотонных аналогов современных микропроцессоров не стоит, но и обычные электронные процессоры также смогут начать использование оптической памяти. Для этого потребуется создание оптического интерфейса, только на одном из концов которого будет производиться энергоемкий процесс преобразования электрических сигналов в световые.

Источник