Cientistas deram um passo em direção aos FPGAs nos portões ópticos

A Photonics se tornou a nova fronteira entre os desenvolvedores de circuitos integrados. Mudar de metal para compostos ópticos reduzirá o consumo de chips e aumentará sua velocidade. Uma das barreiras para esse caminho continua sendo a maior variação nos parâmetros dos componentes ativos dos circuitos “fotônicos” e o alto nível resultante de rejeições de fabricação. O estudo de cientistas holandeses ajudará a contornar esse obstáculo.

Universidade de Tecnologia de Eindhoven / Materiais ópticos avançados

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven propôs o uso da matriz FPGA para matrizes reprogramáveis ​​para produção em massa de circuitos integrados fotônicos. Se algumas das portas ópticas no FPGA fotônico estiverem com defeito, isso não impedirá a eliminação programática de portas inutilizáveis ​​do circuito. Assim, o nível de rendimento de circuitos integrados fotônicos adequados pode ser aumentado de 10 a 20% para 50 a 80%. Mas o truque principal está em outra coisa – em um material reprogramável especial, pelo qual será possível criar uma matriz de comutadores ópticos programáveis.
Antes de falarmos sobre um estudo realizado por cientistas holandeses, observamos que os comutadores ópticos são baseados no efeito de mudanças controladas e reversíveis no índice de refração de uma substância. Controlando o índice de refração, você pode alterar o estado da válvula e reconstruir o circuito eletrônico.
Este não é o primeiro estudo das capacidades de materiais ópticos selecionáveis. Mas até agora, esses comutadores exigiam quantidades significativas de energia para aquecer ou resfriar materiais durante o processo de comutação ou eram caracterizados por um alto nível de absorção do sinal útil. Cientistas da Holanda foram capazes de contornar essas duas limitações.
Surpreendentemente, os pesquisadores usaram o conhecido e extremamente negativo efeito Stabler-Wronsky no trabalho de células solares de silício comuns. Este é o efeito da degradação das células solares sob a influência da luz e do calor. Mas se um elemento degradado for deixado no escuro e resfriado, o silício com base nele retornará parcialmente suas propriedades úteis.
O interruptor óptico criado pelos cientistas tem a forma de um micro-loop de silício amorfo hidrogenado. O loop (s) por 100 horas foi iluminado com um laser na faixa do infravermelho próximo e, em seguida, resfriado lentamente ou recozido no escuro por 4 horas. Verificou-se que o índice de refração do material do loop mudou 0,3%. A luz aumentou esse indicador e o recozimento voltou ao valor oposto. De fato, foi possível alternar as válvulas para a posição definida e, em seguida, redefinir completamente o estado dos comutadores para o original.
O valor de uma mudança reversível no índice de refração no nível de 0,3% está longe do necessário para iniciar a produção comercial. No entanto, cientistas de todo o mundo lutam com a redução do efeito Stabler-Vronsky há cerca de 40 anos. A bagagem de conhecimento sobre esse assunto nos permite esperar que haja oportunidades para fortalecer esse efeito em favor da eletrônica óptica comutada. Nas células solares, isso era ruim, mas para processadores ópticos seria bom.
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