德科学家提出全光晶体管设计方案

2011-5-09 09:33 来源: 中国科学院
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  据物理学家组织网5月5日报道,德国维尔斯特拉斯应用分析和随机研究所和马克思·波恩研究所的科学家携手,提出了一种新型全光晶体管的设计方案,即使用一束光脉冲控制另一束,形成完全由光控制的“光路”。最新设计解决了该领域目前面临的多道难题,相关论文发表在最近出版的《物理评论快报》上。

  用光子取代电子来传导光,使传统电缆或线路“变身”为“光路”,最终用光子计算机替代电子计算机,是物理学家一直孜孜追求的目标。因为,与电子晶体管相比,光晶体管在转换速度、散热等诸多性能上拥有无可匹敌的优势。

  此类研究的关键是找到一个“开关”,将一束光的能量转移到另一束光上。要实现这一点,常规方法是改变光纤属性。而更好的方式是使用另一束脉冲——“控制脉冲”来实现“全光转换”,以此形成某种完全由光操控的“光路”。

  在最新研究中,科学家使用一束较弱的分散脉冲来控制另一束较强的信号脉冲,分散控制脉冲比信号脉冲弱7倍。这两束脉冲能在一个非线性介质中以不同频率、相同方向和几乎相同的速度传播。如果后发脉冲能赶上另一束脉冲,两束脉冲就会相互作用。

  从控制脉冲的角度而言,信号脉冲好比是宇宙白洞的边界,以它为边线,外面任何物质都无法进入,因此,科学家们设想,将信号脉冲和控制脉冲锁在这片“势力范围”内足够长的时间,直到控制脉冲改变信号脉冲的强度、频率、速度或形状等属性,控制脉冲就能像开关一样调控信号脉冲,实现其在晶体管中的功能。

  研究人员在论文中指出,如果后发脉冲被前面脉冲所产生的“边界线”所影响,信号脉冲就会和控制脉冲发生能量交换。无论“边界线”的拥有者是谁,只要两束脉冲的速度非常接近,都会发生能量转移。而且,信号脉冲还能被重复调控,设计出实际可行的路线。而实现该“全光电路”的关键,就是通过调节控制激光来多次调整信号脉冲的衰减或增益。

  研究人员还指出,全光晶体管还克服了光的级联能力和扇出的难题。因为强脉冲不会分散传播或破裂成多重脉冲,可输出强脉冲作为下一次转换的输入,由此实现转换路线的光级联。虽然目前全光晶体管还未得到演示,新设计在开发实用光学晶体管方面迈出了重要一步。