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新型材料有望帶來超快全光通訊技術(shù) 比傳統(tǒng)硅基電子設備要快10倍

作者: 2015年08月14日 來源:互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量:
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科技日報北京8月10日電 (記者常麗君)美國普渡大學研究人員開發(fā)出一種新的“等離子氧化材料”,有望帶來超快全光通訊技術(shù),至少比傳統(tǒng)技術(shù)要快10倍。相關(guān)論文發(fā)表在近期美國光學協(xié)會的《光學》雜志上。

 

  科技日報北京8月10日電 (記者常麗君)美國普渡大學研究人員開發(fā)出一種新的“等離子氧化材料”,有望帶來超快全光通訊技術(shù),至少比傳統(tǒng)技術(shù)要快10倍。相關(guān)論文發(fā)表在近期美國光學協(xié)會的《光學》雜志上。

  光通信是用激光脈沖沿光纖來傳輸信息,用于電話服務、互聯(lián)網(wǎng)和有線電視;而全光技術(shù)無論是數(shù)據(jù)流還是控制信號都是光脈沖,不用任何電信號來控制系統(tǒng)。論文第一作者、博士生納薩尼爾·金賽說,對數(shù)據(jù)傳輸來說,能調(diào)制反射光的量是必要條件,“我們能設計一種薄膜使反射光增加或減少,利用光反射的增減來編碼數(shù)據(jù),反射的變化會導致傳輸?shù)淖兓!?/FONT>

  研究人員證明了鋁摻雜氧化鋅(AZO)制造出的光學薄膜材料是可調(diào)制的。他們用鋁摻雜氧化鋅,在氧化鋅中浸滿了鋁原子以改變材料的光學性質(zhì),使它在特定波長下變得像一種金屬,而在其他波長下像高電阻介質(zhì)。

  AZO薄膜的折射率接近于零,它能利用電子云狀的表面等離激元來控制光。脈沖激光會改變AZO的折射率,從而調(diào)制反射光的量。這種材料能在近紅外光譜范圍工作,可用在光通訊中,并與互補金屬氧化物半導體(CMOS)兼容。

  研究人員的設想是利用這種材料來創(chuàng)造一種“全光等離子調(diào)制器”,或叫光學晶體管。在電子設備中,硅基晶體管負責開關(guān)電源、放大信號。光學晶體管是用光而不是電來執(zhí)行類似任務,會使系統(tǒng)運行大大加速。

  用脈沖激光照射這種材料,材料中的電子會從一個能級(價帶)移動到更高能級(導帶),留下空穴,并最終與這些空穴再次結(jié)合。晶體管開關(guān)的速度受限于完成這一周期的時間。在他們的AZO薄膜中,這一周期約為350飛秒,比晶體硅要快約5000倍。把這種速度提升轉(zhuǎn)化到設備中,至少比傳統(tǒng)硅基電子設備要快10倍。

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