Текущее время:

Часовой пояс: UTC + 3 часа




 Страница 1 из 1 [ Сообщений: 11 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Оптоэлектроника - плазмоника.
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 6224
Откуда: из дремучего леса
Плазмоника - наука изучающая поведение электронов в материалах под воздействием фотонов.

Простыми словами - металлические поверхности блестят из-за отражения фотонов света электронными облаками, которые в металле ведут себя аналогично плазме. При этом существуют такие частоты фотонов, которые проникают сквозь электронные облака в материал. Эти частоты по своей природе аналогичны так называемой Ленгмюровской частоте, на основе которой можно создавать плазменную Стелс защиту, плазменные аэродинамические оболочки гиперзвуковых летательных аппаратов, или плазменные антенны.

В целом плазмоника это ещё один продукт отечественной физики плазмы, о которой так много все говорили 10 лет назад, но плохо понимали о чём конкретно идёт речь. Другой малоизвестный результат изучения плазмы это детонационные технологии.

Изучая влияние фотонов на электроны можно понять, как создавать материалы генерирующие электрические токи под воздействием света различной частоты и наоборот, как создавать материалы генерирующие свет под воздействием электрических токов. Т. е. плазмонные материалы позволяют под воздействием электромагнитных полей избирательно отражать, пропускать, поглощать или усиливать свет. А это в свою очередь необходимо для создания оптических резисторов, диодов, транзисторов.

Получение таких материалов позволяет создавать принципиально новые электронные устройства основанные на плазмонных эффектах с частотами колебаний состояния электронных облаков в материалах до порядка сотен терагерц. Что в свою очередь позволяет конструировать оптические компьютеры и радиооптические РЛС.


2010

Вот так выглядит приёмопередатчик терагерцового излучения полученный в Саратовском филиале Института радиотехники и электроники им. Котельникова РАН (СФ ИРЭ РАН) в лаборатории СФ-8 нанофотоники в 2010 году. (забавно, но математический аппарат моделирования плазменных процессов был также получен в Саратове в СФ ФИАН)
Изображение
Изображение

2011
Изображение

11.11.2014
КРЭТ создаст технологию радаров и систем РЭБ на основе радиофотоники
http://rostec.ru/news/4515005
Спойлер: Показать
КРЭТ и Фонд перспективных исследований (ФПИ) подписали соглашение о реализации перспективного научно-технического проекта «Разработка активной фазированной решетки на основе радиофотоники» (РОФАР).

В проекте – создание новой специализированной лаборатории и разработка универсальной технологии, которая будет положена в основу радаров и систем РЭБ нового поколения. Инвестиции в проект составят 680 млн рублей. Одним из главных направлений РОФАР станет разработка и изготовление АФАР нового поколения, в которой основные элементы должны быть созданы с использованием принципов радиофотоники.

В случае успеха технология откроет новые возможности для улучшения характеристик «умной обшивки», применяемой на российских вертолетах и самолетах последнего поколения. Система встроенных элементов РОФАР по всей площади фюзеляжа воздушного судна (ВС) позволит его экипажу получать в любой момент времени цельную радиолокационную картину в радиусе 360 градусов, обеспечит работу антенных систем в режиме активной и пассивной радиолокации, постановку всех видов помех, скрытную и помехоустойчивую передачу данных, связь с землей и другими воздушными судами, госопознавание и т.д.

«Нанофотоника – перспективное научное направление, которое в скором времени определит вектор развития техники двойного назначения в развитых странах мира, – рассказал генеральный директор КРЭТ Николай Колесов. – Новейшие технологии позволят нам уже в 2020-х годах создавать эффективные и продвинутые приемно-передающие устройства, радиолокационные станции, системы радиотехнической разведки и радиоэлектронного противодействия, которые придут на смену существующей линейке».

Лаборатория будет открыта на базе концерна «Радиоэлектронные технологии» с использованием испытательных стендов ряда предприятий концерна: «Фазотрона-НИИР», РПКБ, ГРПЗ, КНИРТИ, НПО «Экран» и т.д. Там будут созданы все условия для проведения научных исследований, в том числе установлено необходимое оборудование и обеспечен режим чистого помещения, где концентрация пыли, микроорганизмов и химических паров сведена к минимальным значениям.

Научным руководителем назначен доктор технических наук заместитель генерального конструктора по перспективным научным разработкам корпорации «Фазотрон-НИИР» Дмитрий Зайцев.

РОФАР позволит снизить массу аппаратуры в 1,5–3 раза, увеличить в 2–3 раза ее надежность и КПД, а также в десятки раз повысить скорость сканирования и разрешающую способность.

На основе новых материалов и элементной базы, созданных на базе принципов фотоники, КРЭТ освоит перспективные технологии изготовления мощных фотодетекторов, а также полупроводниковых лазерных модулей. Технологии АФАР уже широко используются КРЭТ при создании бортовых радиолокационных станций (БРЛС) современных истребителей. На данный момент концерн уже создал БРЛС для истребителя МиГ-35 «Жук-АЭ» FGA и FGA 35 с АФАР. Она дает возможность одновременно сопровождать большое количество целей за счет электронного управления положением луча. Станция способна обнаруживать и захватывать противника на воде, суше и в воздухе, распознавать его класс, тип и размер, решать навигационные задачи и наводить высокоточное оружие.


22.12.2015
КРЭТ будет создавать радары на основе технологий радиофотоники
http://kret.com/news/4159/
Спойлер: Показать
В последние годы электронные системы все чаще заменяются на фотонные. Связано это в первую очередь с иной физической природой фотона. Что же такое фотон и какие уникальные возможности военной технике предоставит новое направление – радиофотоника?

Быстрее электрона

Фотоника по сути является аналогом электроники, использующим вместо электронов кванты электромагнитного поля – фотоны. Эти самые распространенные по численности частицы во Вселенной, в отличие от электронов, не имеют массы и заряда. Именно поэтому фотонные системы не подвержены внешним электромагнитным полям, обладают гораздо большей дальностью передачи и шириной полосы пропускания сигнала.

Как область науки фотоника началась в 1960 году с изобретением первого важного технического устройства, использующего фотоны, – лазера. Сам же термин «фотоника» начал широко употребляться в 1980-х годах в связи с началом широкого использования волоконно-оптической передачи.

Можно сказать, что эти разработки совершили целую революцию в сфере телекоммуникаций в конце прошлого века и стали основой для развития Интернета. Вообще, примерно до 2001 года фотоника была в значительной степени сконцентрирована на телекоммуникациях.

Сегодня «телекоммуникационная» фотоника помогает созданию нового направления – радиофотоники, возникшей из слияния радиоэлектроники, волновой оптики, СВЧ-оптоэлектроники и ряда других отраслей науки и промышленного производства.

Другими словами, радиофотоника занимается проблемами передачи, приема и преобразования информации с помощью электромагнитных волн СВЧ-диапазона и фотонных приборов и систем. Радиофотоника позволяет создавать радиочастотные устройства с параметрами, недостижимыми для традиционной электроники.

Современная радиочастотная аппаратура переходит в оптический диапазон, и игнорирование этого факта часто приводит к самым серьезным последствиям. Например, первоначально при конструировании информационно-телекоммуникационных, сервисных и технических сетей супераэробуса А380 не были заложены фотонные сети. Применялся алюминиевый кабель, и длина его составила более 500 км. Это привело к серьезным проблемам на борту самолета. Для их решения потребовалась полная замена всех кабельных бортовых сетей каждого из строившихся А380. В итоге – два года задержки и почти 5 млрд евро финансовых потерь, и крупнейшая корпорация чудом избежала финансового краха.

Радиофотонный прорыв

В микроэлектронике Россия, как известно, отстает от западных стран. Именно с помощью технологий в области радиофотоники предложено обойти конкурентов. Сегодня российские ученые в сфере оборонных технологий считают возможным отказаться от электронов и обратить внимание на фотоны, которые не имеют массы и летят быстрее.

По оценкам специалистов, серверы, работающие на принципах фотоники, уменьшились бы в сотню раз по сравнению с нынешними, а скорость передачи данных возросла бы в десять раз.

Или, к примеру, наземные радиолокационные станции. Сегодня такая РЛС представляет собой многоэтажный дом, но если начнет работать радиофотоника, то станцию можно будет установить на обычном КАМАЗе. При этом эффективность и дальность будет точно такая же – на тысячи километров. Нескольких таких мобильных и малогабаритных комплексов можно объединить в сеть, которая увеличит характеристики этих РЛС.

Фотонные технологии значительно расширят возможности и бортовых радиолокационных станций. Новые разработки в этой сфере более чем вдвое снизят массу существующих антенн и радаров, в десятки раз увеличат их разрешающую способность. Также у радиофотонных антенн будет уникальная устойчивость к электромагнитным импульсам, которые возникают, например, при близких ударах молний или при солнечных магнитных бурях.

Все это позволит создавать широкополосные радары, которые по уровню разрешения и быстродействию можно назвать радарным зрением. Такие системы планируется применять и в гражданской сфере, например, на высокоскоростных поездах для мгновенного обнаружения препятствий на путях.

Фотоника может также эффективно применяться в ЖКХ, например, в городских и поселковых системах теплоснабжения. Вместо горячей воды энергоносителями будут выступать фотоны. Они будут распространяться в фотоннокристаллических волокнах толщиной с человеческий волос, энергия которых будет преобразовываться в тепло с почти 100% КПД.

Лаборатория будущего

В России радиофотонные технологии развивает КРЭТ. Сегодня Концерн и Фонд перспективных исследований работают над перспективным проектом «Разработка активной фазированной решетки на основе радиофотоники» (РОФАР). Проект включает в себя создание специальной лаборатории на базе предприятий Концерна и разработку универсальной технологии, которая будет положена в основу радаров и систем РЭБ нового поколения.

По словам гендиректора КРЭТ Николая Колесова, новейшие технологии позволят уже в 2020 годах создавать эффективные и продвинутые приемно-передающие устройства, радиолокационные станции, системы радиотехнической разведки и радиоэлектронного противодействия нового поколения.

Одним из главных направлений работы станет создание активной фазированной антенной решетки (АФАР) нового поколения, в которой основные элементы созданы с использованием принципов радиофотоники. Они позволят снизить массу аппаратуры в 1,5-3 раза, увеличить в 2-3 раза ее надежность и КПД, а также в десятки раз повысить скорость сканирования и разрешающую способность.

В случае успеха технология откроет новые возможности для улучшения характеристик «умной обшивки», которая будет на российских самолетах последнего поколения, в числе которых и ПАК ФА. Такая система встроенных элементов по всей площади фюзеляжа позволит экипажу получать в любой момент времени цельную радиолокационную картину в радиусе 360 градусов, обеспечит работу антенных систем в режиме активной и пассивной радиолокации, постановку всех видов помех, скрытную и помехоустойчивую передачу данных, связь с землей и другими воздушными судами, госопознавание и другое.

Кроме того, на основе новых материалов и элементной базы, созданных на базе принципов фотоники, КРЭТ освоит перспективные технологии изготовления мощных фотодетекторов, а также полупроводниковых лазерных модулей.


30.12.2015
Истребитель ПАК ФА может быть оснащен радиофотонным радаром разработки КРЭТ
http://kret.com/news/10243/
Спойлер: Показать
Концерн намерен создать натурный образец радиолокационной станции будущего до 2018 года

Российский истребитель пятого поколения ПАК ФА может быть оснащен радиофотонным радаром разработки КРЭТ. Концерн намерен создать натурный образец радиолокационной станции будущего до 2018 года.

«На выходе нашей работы по радиооптической фазированной антенной решетке (РОФАР) будет получен полный перечень летательных аппаратов – пилотируемых и беспилотных, – которые мы планируем предложить оснастить радарами на основе РОФАР. Я думаю, что ПАК ФА тоже будет в этом списке и по нему будут выданы определенные предложения», – сообщил советник первого заместителя генерального директора КРЭТ Владимир Михеев. Он отметил, что финальное решение будет за Минобороны России.

Фотонные технологии позволяют значительно расширить возможности современных радаров – снизить массу более чем вдвое, а разрешающую способность увеличить в десятки раз. Сверхширокополосность сигнала РОФАР позволяет получить практически телевизионное изображение в радиолокационном диапазоне.

Технология радиофотоники, в частности, должна открыть новые возможности для улучшения характеристик «умной обшивки», применяемой на российских вертолетах и самолетах последнего поколения. Такая система встроенных элементов по всей площади фюзеляжа позволит экипажу получать в любой момент времени цельную радиолокационную картину в радиусе 360 градусов, обеспечит работу антенных систем в режиме активной и пассивной радиолокации, постановку всех видов помех, скрытную и помехоустойчивую передачу данных, связь с землей и другими воздушными судами, госопознавание и другое.

В рамках проекта РОФАР на базе КРЭТ уже создана лаборатория радиофотоники, и Концерн начал лабораторные исследования. Работа, рассчитанная на 4,5 года, ведется в соответствии с графиком, который был согласован с Фондом перспективных исследований (ФПИ). Как сообщил в ноябре РИА «Новости» первый заместитель генерального директора КРЭТ Игорь Насенков, Концерн намерен создать натурный образец радиолокационной станции будущего до 2018 года.


19.01.2016
С 01:52 по 02:00 Путин говорит о новой оптоэлектронике.
phpBB [video]

https://youtu.be/yExX3dXiKGQ?t=1m52s

28.01.2016
В ФПИ открыта лаборатория плазмонной электроники.



_________________
Данко разорвал руками себе грудь и вырвал из неё сердце и высоко поднял его над головой. Оно пылало ярче солнца, и люди, очарованные, снова пошли за ним. (C) Максим Горький, "Старуха Изергиль" - 1894 г.
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: Оптоэлектроника - плазмоника.
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 6224
Откуда: из дремучего леса
Наноплазмоника позволит создать лекарство против рака. Специальные наночастицы железа доставленные в раковые клетки после облучения электромагнитным полем будут генерировать тепловое излучение и термически уничтожать больные клетки.



_________________
Данко разорвал руками себе грудь и вырвал из неё сердце и высоко поднял его над головой. Оно пылало ярче солнца, и люди, очарованные, снова пошли за ним. (C) Максим Горький, "Старуха Изергиль" - 1894 г.
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: Оптоэлектроника - плазмоника.
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 6224
Откуда: из дремучего леса
phpBB [video]

https://youtu.be/Tidr4wLWub4



_________________
Данко разорвал руками себе грудь и вырвал из неё сердце и высоко поднял его над головой. Оно пылало ярче солнца, и люди, очарованные, снова пошли за ним. (C) Максим Горький, "Старуха Изергиль" - 1894 г.
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: Оптоэлектроника - плазмоника.
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 6224
Откуда: из дремучего леса
23.11.2016
Популярная механика
В фотонном компьютере сигнал сможет передаваться без потерь
Цитата:
Российские ученые рассчитали модель оптической системы, в которой большие потери в волноводах компенсируются при помощи малого усиления. Этот феномен позволяет практически без потерь передавать сигнал, что до сих пор являлось нерешенной проблемой в плазмонных и нанооптических устройствах. В будущем именно оно должно привести к революционным изменениям в компьютерных технологиях.

Спойлер: Показать
Учёные из Института теоретической и прикладной электродинамики РАН, Всероссийского НИИ автоматики им. Н.Л. Духова и МФТИ рассчитали модель оптической системы, в которой большие потери в волноводах компенсируются при помощи малого усиления. Открытый феномен позволяет практически без потерь передавать сигнал, что являлось до сих пор нерешенной проблемой в плазмонных и нанооптических устройствах. А именно их использование должно привести в ближайшем будущем к революционным изменениям в компьютерных технологиях. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Фотоника — это важное направление развития современной науки. По аналогии с электроникой, где сигналы передаются с помощью электронов, в фотонике исследуются сигналы передающиеся с помощью фотонов, что значительно ускоряет перенос информации, так как фотоны движутся со скоростью света. Учёные во всём мире пытаются создать компьютер на оптоэлектронных элементах (энергоэффективные источники излучения, сверхчувствительные сенсоры и датчики, а также высокопроизводительные оптоэлектронные процессоры).

Оптический волновод — это канал, в котором электромагнитная волна (свет) может распространяться только вдоль определённого направления. Оптоволоконные кабели являются оптическими волноводами и используются уже повсеместно. Они обеспечивают интернет соединение, в том числе и трансконтинентальное. Однако в волноводах на микроэлектронном уровне — в «проводах» микросхем для оптоэлектронного компьютера, в плазмонных и нанооптических устройствах — есть проблема потерь энергии, а значит и потери сигнала, что сильно ограничивает на данный момент их применение.

Учёные решили рассмотреть параметрическое возмущение в системе из двух волноводов. Параметрическое возмущение — это воздействие на систему, при котором изменяются её параметры, что в свою очередь действует на проходящий в ней сигнал. Например, чтобы раскачаться на качелях мы поднимаем и опускаем ноги, тем самым периодически изменяя параметр системы — расстояние от точки подвеса до нашего центра масс — что увеличивает максимальный угол, на который мы отклоняемся от положения равновесия. Изменяя параметры можно подобрать такое возмущение, чтобы оно действовало на сигнал необходимым образом.

Схематическое изображение системы двух волноводов с периодически изменяющимися параметрами (расстоянием между ними)

Исследователи взяли один волновод с поглощающей средой, а второй — с усиливающей. Интенсивность электромагнитной волны в такой системе периодически изменяется, то возрастая, то убывая. Это происходит потому, что электромагнитная волна, распространяющаяся по одному из волноводов, взаимодействует с другим волноводом (поле первого волновода отлично от нуля в точке расположения второго волновода и наоборот), что приводит к перетеканию поля из одного волновода в другой. В зависимости от того в каком из волноводов (поглощающем/усиливающем) находится максимум поля, интенсивность волны или убывает, или возрастает. Скорость, с которой происходит перетекание поля между волноводами, зависит от расстояния между волноводами, чем меньше расстояние тем больше скорость.

Авторы задались вопросом можно ли, периодически изменяя расстояние между волноводами, так «настроить» перетекание поля между ними, что амплитуда электромагнитного поля в обоих волноводах будет возрастать даже в том случае, когда потери в первом волноводе превосходят усиление во втором?

Идея состояла в том, чтобы в момент времени, когда интенсивность системы достигает максимума изменить расстояние между волноводами так, чтобы сконцентрировать поле в волноводе с усиливающей средой, что приведет к дальнейшему росту интенсивности сигнала. Периодически изменяя расстояние между волноводами можно в теории бесконечно увеличивать мощность.

Зависимость интенсивности сигнала (сплошная линия) и амплитуды поля (штриховые линии) в первом и во втором волноводе в зависимости от координаты вдоль волноводов

Расчеты показали, что если настроить параметры волноводов на особую точку, в которой моды волн, распространяющиеся в волноводе, совпадают, то практически любое изменение параметров системы будет приводить к требуемому перераспределению поля.

«Периодически изменяя расстояние между волноводами, действительно возможно «настроить» перетекание энергии между ними так, что электромагнитные поля будут усиливаться при распространении по волноводам даже в том случае, когда потери превосходят усиление», прокомментировал руководитель исследования, доктор физико-математических наук профессор Александр Александрович Пухов, ведущий научный сотрудник лаборатории квантовой теории информации МФТИ. Помимо потерь в волноводах при увеличении амплитуды сигнала проявляются нелинейные эффекты, которые замедляют и ограничивают рост амплитуд. Это означает, что применяя описанную схему можно создать устойчивый постоянный сигнал, который будет надёжно передавать информацию в фотонных схемах и в будущем может использоваться для создания фотонных компьютеров.



_________________
Данко разорвал руками себе грудь и вырвал из неё сердце и высоко поднял его над головой. Оно пылало ярче солнца, и люди, очарованные, снова пошли за ним. (C) Максим Горький, "Старуха Изергиль" - 1894 г.
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: Оптоэлектроника - плазмоника.
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 6224
Откуда: из дремучего леса
Цитата:
Идея состояла в том, чтобы в момент времени, когда интенсивность системы достигает максимума изменить расстояние между волноводами так, чтобы сконцентрировать поле в волноводе с усиливающей средой, что приведет к дальнейшему росту интенсивности сигнала. Периодически изменяя расстояние между волноводами можно в теории бесконечно увеличивать мощность.

Тот же самый эффект, что и тут.



_________________
Данко разорвал руками себе грудь и вырвал из неё сердце и высоко поднял его над головой. Оно пылало ярче солнца, и люди, очарованные, снова пошли за ним. (C) Максим Горький, "Старуха Изергиль" - 1894 г.
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: Оптоэлектроника - плазмоника.
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 524
Откуда: М.О. пос. Развилка
Я хренею в этой ботве ...
А что, волновую природу света наши "жертвы 90-х" обнаружили только сейчас?
И через 70 лет по-новой открыли элементарный параметрический усилитель?



_________________
Что мне нравится в чёрных лебедях? Красный нос! (с)
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: Оптоэлектроника - плазмоника.
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 6224
Откуда: из дремучего леса
Свой-Бухой писал(а):
Я хренею в этой ботве ...
А что, волновую природу света наши "жертвы 90-х" обнаружили только сейчас?
И через 70 лет по-новой открыли элементарный параметрический усилитель?

Получается так. :)



_________________
Данко разорвал руками себе грудь и вырвал из неё сердце и высоко поднял его над головой. Оно пылало ярче солнца, и люди, очарованные, снова пошли за ним. (C) Максим Горький, "Старуха Изергиль" - 1894 г.
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: Оптоэлектроника - плазмоника.
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 6224
Откуда: из дремучего леса
20.12.2016
ТАСС
ФПИ создает радиофотонные радары, которые смогут обнаружить беспилотники
Спойлер: Показать
МОСКВА, 20 декабря. /ТАСС/. Российский Фонд перспективных исследований (ФПИ) разработал проект радиофотонных радаров, которые будут способны обнаруживать стелс-технику противника, сообщили ТАСС в ФПИ.
Радиофотонные радары формируют картину пространства, улавливая выпускаемые ими и отражающиеся от объектов на местности фотоны.

"В Фонде перспективных исследований представлен макет радиофотонного приемно-передающего модуля и широкополосного излучателя, которые представляют собой прообраз полномасштабной радиолокационной системы нового поколения", - сказали в ФПИ.

В фонде отметили, что планируют активно развивать данное направление, поскольку в будущем это позволит создавать компактные радары, способные обнаруживать малоразмерные цели, например, небольшие беспилотники, в том числе с антирадиолокационным покрытием.

Кроме того, радиофотонные радары можно интегрировать напрямую в корпус военной техники, создавая "интеллектуальную обшивку", рассказали в ФПИ.
Преимуществами радиолокационных систем на основе радиофотоники по сравнению с традиционной электронной аппаратурой, в том числе использующей активные фазированные решетки, являются полная помехоустойчивость и устойчивость к электромагнитным импульсам.

"Одно из ключевых преимуществ технологий радиофотоники - значительное уменьшение габаритов и массы аппаратуры", - отметили также в ФПИ.



_________________
Данко разорвал руками себе грудь и вырвал из неё сердце и высоко поднял его над головой. Оно пылало ярче солнца, и люди, очарованные, снова пошли за ним. (C) Максим Горький, "Старуха Изергиль" - 1894 г.
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: Оптоэлектроника - плазмоника.
СообщениеДобавлено:  
Аватара пользователя

Сообщений: 6224
Откуда: из дремучего леса
18.01.2017
МФТИ
Физики из МФТИ выяснили, насколько быстро можно передавать информацию внутри нанофотонных микропроцессоров
Спойлер: Показать
Исследователи из Лаборатории нанооптики и плазмоники Центра наноразмерной оптоэлектроники МФТИ создали теорию, позволяющую точно предсказывать шумы, возникающие при усилении фотонных и плазмонных сигналов в наноразмерных схемах. В статье, опубликованной в журнале Physical Review Applied, учёные представили алгоритмы расчёта максимальной скорости передачи данных внутри оптоэлектронных микропроцессоров ближайшего будущего и нашли фундаментальные ограничения на пропускную способность нанофотонных интерфейсов.

Поверхностные плазмон-поляритоны представляют собой коллективные колебания электронов на поверхности металла вместе с окружающим их электромагнитным полем. Упрощённо поверхностный плазмон можно описать как «сплюснутый» квант света, и именно это обуславливает перспективность плазмонных устройств: их размеры не сильно превосходят размеры наноэлектронных компонентов, но с их помощью можно передавать куда больше информации, чем по электрическим проводам. Даже частичная замена металлических соединений на чипе на плазмонные (нанофотонные) позволит существенно повысить производительность микропроцессоров.

Проблемой является затухание сигнала — поверхностные плазмоны могут распространяться лишь по активным волноводам, которые не просто направляют сигнал от источника к приёмнику, но и подпитывают его за счёт энергии проходящего через устройство электрического тока. Добавление энергии извне компенсирует потери, и сигнал так же свободно распространяется по такому волноводу, как идут стрелки кварцевых часов до тех пор, пока в них не сядет батарейка.

С усилением сигналов и компенсацией потерь связана фундаментальная проблема. Любой усилитель не только увеличивает амплитуду всего, что поступает на его вход, но и сам добавляет помехи. Такие помехи в физике называют шумом. Законы термодинамики указывают на то, что шум той или иной природы будет неизбежно возникать в любой системе: сделать устройство, в котором шумов нет, принципиально невозможно. Как правило, искажения исходного сигнала определяются именно шумом, что фундаментально ограничивает скорость передачи информации по различным каналам связи или вызывает ошибки при её приёме. А чтобы повысить скорость обмена данными, надо улучшить соотношение сигнал-шум. Важность этого соотношения легко поймёт каждый, кто пробовал общаться на оживлённой улице или настраивать радиоприёмник вдали от города.

«Шумы играют ключевую роль чуть ли не в половине всех бытовых устройств: начиная с мобильных телефонов и телевизоров и заканчивая оптоволоконными сетями интернета. Усиление сигнала неизбежно приводит к ухудшению соотношения сигнал-шум. Причём чем больше усиление или, как в нашем случае, компенсируемые потери, тем больше шума следует ожидать на выходе. В плазмонных волноводах с усилением это проявляется наиболее ярко», — комментирует актуальность проблемы Дмитрий Федянин.

В новой статье, представленной Дмитрием Федяниным и Андреем Вишневым на страницах журнала Physical Review Applied, речь идёт об особом виде шума, а именно о фотонном шуме, возникающем при усилении плазмонных сигналов в полупроводниковых устройствах. Основным его источником является так называемое спонтанное излучение. Дополнительная энергия поступает в сигнал при переходах электронов из состояний с большей энергией в состояния с меньшей: разница в энергии этих состояний излучается в виде световых квантов, и такое излучение может быть как вынужденным, так и спонтанным.

Вынужденное излучение усиливает сигнал, а вот спонтанное даёт шум, причём в виде излучения с разной энергией квантов, то есть в широком спектре. Шум проявляется как случайные колебания интенсивности излучения, возникающие в результате биений — наложения отдельных частотных компонент сигнала и спонтанной эмиссии. При этом чем больше усиление, тем сильнее шум, тем шире спектры вынужденной и спонтанной эмиссии и тем менее правомерны подходы квантовой оптики, разработанные для описания отдельных атомов. Большое усиление на наномасштабах в активных плазмонных волноводах заставило исследователей решать задачу фактически с чистого листа.

«Нам пришлось объединить три области, которые крайне редко одновременно пересекаются друг с другом в научном мире: квантовую оптику, физику полупроводников и оптоэлектонику. Мы разработали подход к описанию фотонного шума в системах со средой, усиливающей в широком спектральном диапазоне. Несмотря на то, что изначально теория создавалась для плазмонных волноводов, наш подход можно применять для любых оптических усилителей и подобных им систем», — объясняет Дмитрий Федянин.

Шум ведёт к ошибкам при передаче данных, что сильно снижает фактическую скорость передачи информации из-за необходимости использовать алгоритмы коррекции ошибок. Коррекция ошибок, помимо уменьшения скорости, требует наличия в чипе дополнительных компонентов, которые бы эту коррекцию реализовывали на аппаратном уровне, что значительно усложняет как проектирование, так и производство новых устройств.

«Зная мощность шума в нанофотонном канале связи и спектральные характеристики шума, можно вычислить, с какой максимальной скоростью возможно передавать информацию по такому каналу. Кроме того, мы можем определить, как уменьшить шум, выбирая определённые режимы работы устройства и используя электронную или оптическую фильтрацию», — продолжает Андрей Вишневый.

Новая теория позволяет, в частности, понять, возможно ли в будущем создание принципиально нового класса устройств — плазмонно-электронных чипов. В таких чипах компактные плазмонные компоненты должны применяться для передачи данных между вычислительными ядрами и регистрами процессора на сверхвысоких скоростях. Ранее считалось, что основным препятствием на этом пути является ослабление сигнала; однако, согласно работе исследователей из МФТИ, после компенсации потерь на первый план выходит проблема шумов. Сигнал, в принципе, может просто утонуть в шуме спонтанного излучения, что сделает чип абсолютно бесполезным.

Проведённые исследователями расчёты показывают, что в активном плазмонном волноводе размером лишь 200×200 нанометров можно эффективно передавать сигнал на расстояние до 5 миллиметров. Это расстояние может показаться очень малым по бытовым меркам, но оно является типичным для современных микропроцессоров. При этом скорость передачи информации будет превышать 10 Гбит/с на один спектральный канал (канал передачи информации, реализованный на фиксированной длине волны), а таких спектральных каналов в одном наноразмерном волноводе умещается до нескольких десятков при использовании технологии спектрального уплотнения каналов, которая применяется во всех оптических линиях коммуникации, включая широкополосный интернет. Для сравнения: максимальная скорость передачи информации по электрическому соединению тех же размеров (т. е. по медной дорожке на чипе) составляет всего 20 Мбит/с, то есть более чем в 500 раз меньше.

Учёные подробно исследовали, как меняются характеристики шума и его мощность в зависимости от параметров плазмонного волновода с компенсацией потерь, а также показали, как можно понизить уровень шума для достижения максимальной пропускной способности такого нанофотонного интерфейса. Они продемонстрировали сочетание малых размеров, малого числа ошибок при высокой скорости передачи данных и достаточно высокой энергоэффективности в одном устройстве, что может уже в ближайшее десятилетие обеспечить «плазмонный прорыв» в микроэлектронике.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда #14-19-01788 и программой повышения конкурентоспособности МФТИ «5-100».

Если на один спектральный канал будет прирост в 500 раз, а таких спектральных каналов, допустим, будет около 20, тогда общий прирост скорости чипов может составить более 10 000 раз!

Вот почему плазмоника так важна. Будущее за мыслящими оптическими кристаллами.

Создание НИИ Чародейства и Волшебства объявляю открытым.



_________________
Данко разорвал руками себе грудь и вырвал из неё сердце и высоко поднял его над головой. Оно пылало ярче солнца, и люди, очарованные, снова пошли за ним. (C) Максим Горький, "Старуха Изергиль" - 1894 г.
Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: Оптоэлектроника - плазмоника.
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 3798
Итак, начнем с пятака!


Не в сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
 Заголовок сообщения: Re: Оптоэлектроника - плазмоника.
СообщениеДобавлено:  

Сообщений: 81
SuperZveruga писал(а):
общий прирост скорости чипов может составить более 10 000 раз!


Новая винда будет тормозить плавнее старой в 100 раз!


В сети
 Профиль Отправить личное сообщение  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
 Страница 1 из 1 [ Сообщений: 11 ] 

Часовой пояс: UTC + 3 часа



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
phpBB skin developed by: John Olson
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group

Вы можете создать форум бесплатно PHPBB3 на Getbb.Ru, Также возможно сделать готовый форум PHPBB2 на Mybb2.ru
Русская поддержка phpBB