| 0 |
|
Науковці з Гарвардської школи інженерних і прикладних наук імені Джона А. Полсона (SEAS) та Інституту фізики світла Макса Планка розробили нові функціональні компоненти для фотонних мікрочипів. Розроблені комп'ютерним алгоритмом, вони виявилися приблизно у 500 разів меншими за традиційні аналоги.
Результати дослідження, що відкривають шлях до створення більш продуктивних інтегрованих світлових технологій, були опубліковані в журналі Nature Communications.
Надшвидкісна обробка даних, яка лежить в основі сучасної телекомунікації, центрів обробки даних для штучного інтелекту та квантових технологій, забезпечується фотонними мікрочипами. У цих мініатюрних напівпровідниках інформацію переносять фотони, а не електрони, рухаючись через хвилеводи завширшки в кілька мікрометрів.
Традиційний процес проєктування таких компонентів є тривалим і виснажливим: інженери зазвичай беруть звичну геометричну форму й поступово коригують її параметри.
Дослідницька група під керівництвом доцента кафедри електротехніки SEAS Кійуля Яна (Kiyoul Yang) та керівника групою мікрофотоніки в Інституті Макса Планка Паскаля Дель'Е (Pascal Del’Haye) перевернула стандартний процес догори дригом.
Науковці використали метод зворотного проєктування: спочатку вони задали потрібні параметри поведінки світла, а комп'ютерний алгоритм сам проаналізував величезний простір можливих наноструктур і знайшов оптимальну форму. Отримані алгоритмом структури зовні нагадують хаотичні візерунки з отворів та отворів-жолобків, однак вони точково спрямовують світло на площі, що становить лише крихітну частку від товщини людської волосини.
«Зворотне проєктування стає практичним лише тоді, коли у процесі оптимізації враховуються реалії виробництва, - зазначив Кійуль Ян. - Включаючи в алгоритм мінімальні розміри елементів і стійкість до технологічних відхилень, ми отримуємо системи, які є не лише компактними, але й сумісними з комерційними фабричними процесами».
Команда застосувала алгоритм до нітриду кремнію - матеріалу з низькими оптичними втратами, який допомагає отримувати чисте лазерне світло багатьох різних кольорів.
Вчені спроєктували, виготовили та успішно протестували три класи пристроїв: дільники довжини хвилі (розділяють світло за кольорами); сортувальники просторових мод (розділяють світло за просторовими каналами); дзеркала.
Створені алгоритмом дзеркала розміром в кілька мікрометрів відбивають до 98,5% вхідного світла. Розміщені парами, вони утворюють оптичні резонатори на чипі, у яких світло відбивається понад 100 разів перед тим, як вийти назовні.
Наступним кроком стане об'єднання нових компонентів із нелінійними оптичними схемами. Це дозволить генерувати так звані «оптичні гребінки частот» - точні набори багатьох рівновіддалених кольорів світла, які використовуються у високоточних вимірюваннях, телекомунікаціях та квантових комп'ютерах.
«Зворотне проєктування дозволяє нам визначити бажану дію світла, а алгоритм знаходить структуру для її реалізації - часто таку, яку жодна людина б не намалювала, - підсумував співавтор дослідження Тобі Бі (Toby Bi). - Найдивовижніше те, що один і той самий алгоритмічний фреймворк може виконувати три абсолютно різні завдання на одному чипі».
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
