Vorschlag für einen optischen Transistor verwendet Licht zur Steuerung des Lichts

Vorschlag für einen optischen Transistor verwendet Licht zur Steuerung des Lichts

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Anonim

von Lisa Zyga,

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- Durch die Verwendung eines Lichtimpulses zur Steuerung eines anderen haben Forscher ein Design für einen optischen Transistor vorgeschlagen, das die anspruchsvollsten Kriterien einer Studie aus dem letzten Jahr erfüllt. Physiker haben lange nach einem optischen Transistor gesucht, weil er für das optische Rechnen verwendet werden könnte, bei dem Photonen anstelle von Elektronen für digitale Berechnungen verwendet werden.

Die Forscher Ayhan Demircan und Shalva Amiranashvili vom Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik in Berlin sowie Günter Steinmeyer vom Max-Born-Institut in Berlin haben ihre Studie in einer aktuellen Ausgabe von Physical Review Letters veröffentlicht. Es ist der erste Vorschlag, der alle Kriterien für einen nützlichen rein optischen Transistor erfüllt, die in einem früheren Artikel in Nature Photonics von DAB Miller et al.

"Was wir tun möchten, ist, ein optisches Soliton (Signalpuls) von einer Intensität zu einer anderen umzuschalten", erklärten die Forscher gegenüber PhysOrg.com . „Die übliche‚ mechanische 'Art, dies zu tun, besteht darin, die Eigenschaften der Faser zu ändern. Ein eleganteres "rein optisches Schalten" verwendet einen zusätzlichen Impuls (Steuerimpuls). Dies sollte zu einer Art 'optischer Schaltung' führen, die vollständig mit Licht betrieben wird. “

Wie die Wissenschaftler erklärten, ändern sich optische Impulse bei Kollisionen in der Regel nicht sehr stark. Daher muss der Steuerimpuls in der Regel sehr groß sein, damit er sich auf den Signalimpuls auswirkt.

Hier haben die Wissenschaftler einen Weg beschrieben, einen schwachen dispersiven Impuls zur Steuerung eines starken Signalimpulses zu verwenden, wobei der dispersive Steuerimpuls siebenmal schwächer als der Signalimpuls ist. Bei dem neuen Konzept bewegen sich beide Impulse in einem nichtlinearen Medium mit unterschiedlichen Frequenzen, aber mit nahezu identischen Geschwindigkeiten in die gleiche Richtung. Wenn ein Impuls von hinten kommt und den anderen einholt, können die Impulse interagieren.

Interessanterweise sieht der Signalpuls aus Sicht des Steuerpulses wie ein optischer Ereignishorizont aus, der dem eines Weißen Lochs ähnelt und die Grenze markiert, an der Materie von außen nicht eintreten kann. In dem vorgeschlagenen Konzept sind der Steuerimpuls und der Signalimpuls vorübergehend für eine ausreichend lange Zeit in einem optischen Ereignishorizont verriegelt, damit der Steuerimpuls die Eigenschaften des Signalimpulses modifizieren kann. Durch Ändern der Intensität, Frequenz, Geschwindigkeit oder Form des Signalimpulses kann der Steuerimpuls beispielsweise den Signalimpuls als Teil eines Transistors effektiv "schalten".

„Kurz gesagt: Ein Signalimpuls kann Energie mit einem Steuerimpuls austauschen, wenn dieser vom Ereignishorizont beeinflusst wird, den der erstere erzeugt“, schrieben die Forscher. "Was auch immer dieser Ereignishorizont sein mag, der Energietransfer erfolgt tatsächlich, wenn beide Impulse sehr nahe beieinander liegen."

Der Signalimpuls könnte auch wiederholt geschaltet werden, was das Schema praktisch macht.

"Das Wichtigste an unserem rein optischen Schalten ist, dass man mehrere Steuerimpulse verwenden und so den Signalimpuls viele Male umschalten kann, indem man seine Intensität entweder erhöht oder verringert", schrieben die Forscher. "Der Signalimpuls kann dann als Schlüsselelement für eine rein optische Schaltung dienen."

Dieses neuartige Konzept für einen rein optischen Transistor könnte einige der Herausforderungen beim Design dieser Transistoren überwinden, insbesondere die Kaskadierbarkeit und das Fan-Out. Da sich der starke Impuls nicht dispersiv ausbreitet oder in mehrere Impulse aufteilt, kann der Ausgang für den Eingang der nächsten Schaltaktion verwendet werden, wodurch das Schaltschema kaskadierbar wird. Darüber hinaus kann das neue Design aufgefächert werden, sodass der Ausgang für mehrere Eingänge verwendet werden kann.

Da kein rein optischer Transistor nachgewiesen wurde, der unter anderem in mehreren Stufen kaskadiert werden kann, leistet das neue Konzept einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung eines praktischen optischen Transistors. Da Photonen viel schneller als Elektronen wandern, sollten optische Transistoren viel schnellere Schaltgeschwindigkeiten haben als Stromtransistoren.