Published recently in Nature Photonics, the researchers showed that their chip can transmit terahertz (THz) waves resulting in a data rate of 11 Gigabits per second (Gbit/s), which is capable of supporting real-time streaming of 4K high-definition video, and exceeds the hitherto theoretical limit of 10 Gbit/s for 5G wireless communications. THz waves are part of the electromagnetic spectrum, in between infrared light waves and microwaves, and have been touted as the next frontier of high-speed wireless communications.
However, fundamental challenges need to be tackled before THz waves could be used reliably in telecommunications. Two of the biggest issues are the material defects and transmission error rates found in conventional waveguides such as crystals or hollow cables. These issues were overcome using Photonic Topological Insulators (PTI), which allows light waves to be conducted on the surface and edges of the insulators, akin to a train following railroads, rather than through the material. When light travels along photonic topological insulators, it can be redirected around sharp corners and its flow will resist being disturbed by material imperfections.
By designing a small silicon chip with rows of triangular holes, with small triangles pointing in the opposite direction to larger triangles, light waves become 'topologically protected.' This all-silicon chip demonstrated it could transmit signals error-free while routing THz waves around 10 sharp corners at a rate of 11 gigabits per second, bypassing any material defects that may have been introduced in the silicon manufacturing process.
Read More: https://phys.org/news/2020-08-scientists-ultra-high-speed-terahertz-wireless-chip.html
Οι ακτίνες, γνωστές ως spacetime wave packets («πακέτα» ή δέσμες κυμάτων χωροχρόνου) ακολουθούν διαφορετικούς κανόνες όταν διαθλώνται- δηλαδή όταν διέρχονται μέσα από διαφορετικά υλικά. Κανονικά το φως επιβραδύνει όταν ταξιδεύει μέσα σε ένα πυκνότερο υλικό. Αντιθέτως τα spacetime wave packets μπορούν να ρυθμιστούν έτσι ώστε να συμπεριφέρονται με τον συνήθη τρόπο, να μην αλλάζουν ταχύτητα καθόλου, ή ακόμα και να επιταχύνουν ανώμαλα σε πυκνότερα υλικά. Ως εκ τούτου, αυτοί οι παλμοί φωτός μπορούν να φτάνουν σε διαφορετικά σημεία του χώρου στον ίδιο χρόνο. Αν και ο Νόμος του Σνελ ισχύει ακόμα, η υποκείμενη μεταβολή ταχύτητας των παλμών δεν ισχύει πλέον στις νέες ακτίνες λέιζερ. Οι δυνατότητες αυτές έρχονται σε αντίθεση με την Αρχή του Φερμά, που λέει ότι το φως ταξιδεύει πάντα έτσι ώστε να ακολουθεί πάντα τη συντομότερη διαδρομή. Αυτό πρακτικά σημαίνει πως η ταχύτητα ενός μηνύματος που ταξιδεύει σε αυτά τα πακέτα δεν επηρεάζεται από τη διέλευση μέσα από διαφορετικά υλικά διαφορετικών πυκνοτήτων.
Η ομάδα δημιούργησε τα spacetime wave packets χρησιμοποιώντας μια συσκευή που είναι γνωστή ως διαμορφωτής χωρικού φωτός για την αναδιοργάνωση/αναδιάταξη της ενέργειας ενός παλμού φωτός, έτσι ώστε οι ιδιότητές του στον χώρο και στον χρόνο να μην είναι πλέον χωριστές. Αυτό επιτρέπει τον έλεγχο της «ομαδικής ταχύτητας» (group velocity) του παλμού, που είναι σε γενικές γραμμές η ταχύτητα στην οποία ταξιδεύει η κορύφωση του παλμού. Ο τομέας αυτός είναι ένα νέο concept για τις ακτίνες φωτός. Ως αποτέλεσμα, οτιδήποτε εξετάσουμε χρησιμοποιώντας αυτές τις ακτίνες παρουσιάζει νέα συμπεριφορά. Όλη η συμπεριφορά που γνωρίζουμε για το φως λαμβάνει “σιωπηλά” υπόψιν μια υποκείμενη θεώρηση πως οι ιδιότητές του στον χώρο και στον χρόνο είναι ξεχωριστές. Οπότε όλα όσα ξέρουμε για την οπτική βασίζονται σε αυτό...εκλαμβάνεται ως η φυσική κατάσταση των πραγμάτων. Αλλά τώρα, “σπάζοντας” αυτή την υποκείμενο θεώρηση, αρχίζουμε να βλέπουμε νέες συμπεριφορές παντού.
Το λειζερ ανέπτυξαν ερευνητές του University of Central Florida. Τα σχετικά ευρήματα, δημοσιεύτηκαν στο Nature Photonics. Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το US Office of Naval Research.
ΑΜΠΕ
However, fundamental challenges need to be tackled before THz waves could be used reliably in telecommunications. Two of the biggest issues are the material defects and transmission error rates found in conventional waveguides such as crystals or hollow cables. These issues were overcome using Photonic Topological Insulators (PTI), which allows light waves to be conducted on the surface and edges of the insulators, akin to a train following railroads, rather than through the material. When light travels along photonic topological insulators, it can be redirected around sharp corners and its flow will resist being disturbed by material imperfections.
By designing a small silicon chip with rows of triangular holes, with small triangles pointing in the opposite direction to larger triangles, light waves become 'topologically protected.' This all-silicon chip demonstrated it could transmit signals error-free while routing THz waves around 10 sharp corners at a rate of 11 gigabits per second, bypassing any material defects that may have been introduced in the silicon manufacturing process.
Read More: https://phys.org/news/2020-08-scientists-ultra-high-speed-terahertz-wireless-chip.html
Οι ακτίνες, γνωστές ως spacetime wave packets («πακέτα» ή δέσμες κυμάτων χωροχρόνου) ακολουθούν διαφορετικούς κανόνες όταν διαθλώνται- δηλαδή όταν διέρχονται μέσα από διαφορετικά υλικά. Κανονικά το φως επιβραδύνει όταν ταξιδεύει μέσα σε ένα πυκνότερο υλικό. Αντιθέτως τα spacetime wave packets μπορούν να ρυθμιστούν έτσι ώστε να συμπεριφέρονται με τον συνήθη τρόπο, να μην αλλάζουν ταχύτητα καθόλου, ή ακόμα και να επιταχύνουν ανώμαλα σε πυκνότερα υλικά. Ως εκ τούτου, αυτοί οι παλμοί φωτός μπορούν να φτάνουν σε διαφορετικά σημεία του χώρου στον ίδιο χρόνο. Αν και ο Νόμος του Σνελ ισχύει ακόμα, η υποκείμενη μεταβολή ταχύτητας των παλμών δεν ισχύει πλέον στις νέες ακτίνες λέιζερ. Οι δυνατότητες αυτές έρχονται σε αντίθεση με την Αρχή του Φερμά, που λέει ότι το φως ταξιδεύει πάντα έτσι ώστε να ακολουθεί πάντα τη συντομότερη διαδρομή. Αυτό πρακτικά σημαίνει πως η ταχύτητα ενός μηνύματος που ταξιδεύει σε αυτά τα πακέτα δεν επηρεάζεται από τη διέλευση μέσα από διαφορετικά υλικά διαφορετικών πυκνοτήτων.
Η ομάδα δημιούργησε τα spacetime wave packets χρησιμοποιώντας μια συσκευή που είναι γνωστή ως διαμορφωτής χωρικού φωτός για την αναδιοργάνωση/αναδιάταξη της ενέργειας ενός παλμού φωτός, έτσι ώστε οι ιδιότητές του στον χώρο και στον χρόνο να μην είναι πλέον χωριστές. Αυτό επιτρέπει τον έλεγχο της «ομαδικής ταχύτητας» (group velocity) του παλμού, που είναι σε γενικές γραμμές η ταχύτητα στην οποία ταξιδεύει η κορύφωση του παλμού. Ο τομέας αυτός είναι ένα νέο concept για τις ακτίνες φωτός. Ως αποτέλεσμα, οτιδήποτε εξετάσουμε χρησιμοποιώντας αυτές τις ακτίνες παρουσιάζει νέα συμπεριφορά. Όλη η συμπεριφορά που γνωρίζουμε για το φως λαμβάνει “σιωπηλά” υπόψιν μια υποκείμενη θεώρηση πως οι ιδιότητές του στον χώρο και στον χρόνο είναι ξεχωριστές. Οπότε όλα όσα ξέρουμε για την οπτική βασίζονται σε αυτό...εκλαμβάνεται ως η φυσική κατάσταση των πραγμάτων. Αλλά τώρα, “σπάζοντας” αυτή την υποκείμενο θεώρηση, αρχίζουμε να βλέπουμε νέες συμπεριφορές παντού.
Το λειζερ ανέπτυξαν ερευνητές του University of Central Florida. Τα σχετικά ευρήματα, δημοσιεύτηκαν στο Nature Photonics. Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το US Office of Naval Research.
ΑΜΠΕ
Also Interesting: Chemists create the brightest-ever fluorescent materials
No comments :
Post a Comment