Самоуправляемые автомобили стали лучше и более надежным за последние годы. Прежде чем они, возможно, разрешат ездить в полностью автономном режиме на наших дорогах в ближайшем будущем, однако, несколько проблем должны быть приняты. Прежде всего, нужно оценивать по окрестностям молниеносно, и распознавать людей и препятствий принимает современные технологии до предела. Команда ученых под руководством Йорга Leuthold в Институте электромагнитных полей на Швейцарской высшей технической школы Цюриха совместно с коллегами из Национального института стандартов и технологий (NIST) в США и в университете Чалмерса в Гетеборге (Швеция), разработала романа электро-опто-механический выключатель, который мог бы элегантно решить обе проблемы в будущем.
Плазмоника как магический ингредиент
Чтобы добиться этого, ученые использовали волшебный ингредиент, известный как «плазмоника». В этой технологии, световые волны сжал в структуры много меньше длины волны света, который, согласно законам оптики, должно быть невозможно. Это может быть не возможно, направляя свет вдоль границы между металлом и диэлектриком — вещества, такие как воздух или стекло, которые практически не проводит электрический ток.
Электромагнитные волны свет частично проникает в металл и вызывает электроны внутри нее колеблется, что приводит в гибридное существо из световой волны и электронные возбуждения — плазмонному. Более десяти лет назад, некоторые известные физики уже предсказал, что оптические переключатели на основе плазмонов может привести к революции в области передачи данных и обработки данных, как можно сделать гораздо быстрее с помощью фотонов, чем с традиционной электроники.
Однако до сих пор реальных коммерческих приложениях не из-за больших потерь, возникших при транспортировке фотонов через плазмонных устройств, и из-за высокой необходимого напряжение коммутации.
Используя сильные стороны плазмоники
«Мы уже решили эти проблемы за счет использования хороших свойств плазмонных при минимизации плохих», — говорит доктор Кристиан Хафнер, который вел проект, а также автор недавно опубликованной научной статье. Главной особенностью электро-опто-механические переключатель, разработанная Хаффнер и его коллеги-золотая мембрана, которая составляет всего 40 нанометров и толщиной несколько микрометров в ширину, а который отделен от кремниевой подложки оксид алюминия диск.
В этой конфигурации, величину зазора между золотым мембраны и подложки можно управлять с помощью механических сил. При подаче напряжения мембрана немного изгибается и, как следствие, разрыв становится меньше.
Размер зазора, в свою очередь, решает, является ли световая волна просто проходит мимо золотой мембраны или отклоняется вокруг него. Это где плазмонов прийти. На самом деле, для определенной ширины зазора только плазмонов имея определенной длины волны могут быть возбуждены на золото мембраны. Если свет имеет различную длину волны, это не пара к мембране, а просто распространяется прямолинейно внутри кремниевого волновода.
Малые потери и напряжение переключения
«Потому что мы используем только плазмонов для короткой поездки вокруг мембраны переключения, мы существенно меньшими потерями, чем у текущего электрооптические переключатели,» Хаффнер объясняет. «Кроме того, мы сделали золотой мембраны очень мал и тонок, так что мы можем переключить его очень быстро и с небольшим напряжением.»
Ученые уже продемонстрировали, что их новый коммутатор может быть щелкнул на и от нескольких миллионов раз в секунду с электрическим напряжением чуть больше одного вольта. Это делает громоздких и энергоемких усилителей, как правило, используется для электро-оптические переключатели лишнего. В будущем ученые планируют улучшить дальнейшее их переключение, делая разрыв между золотом и кремнием еще меньше. Это позволит значительно снизить потери света и напряжение коммутации.
Заявки от автомобили в квантовых технологий
Возможных применений для нового переключателя в изобилии. Например, лидарные системы («световое обнаружение и определение дальности») для самостоятельного вождения автомобилей, в которых интенсивность и направление распространения световых лучей должен быть разнообразным чрезвычайно быстро, могут извлечь пользу из быстрых и компактных коммутаторов.
Кроме того, распознавание образов, необходимого для управления автомобилями также может быть ускорено с такими переключателями. С этой целью переключатели могут быть использованы в оптических нейронных сетей, которые имитируют человеческий мозг. Там они будут использоваться в качестве элементов утяжеления, с которым сеть «обучается» распознавать определенные объекты-практически со скоростью света.
Такая оптическая внедрения схем, которые нормально работают с электрическим током являются также горячие темы в других областях. Оптические квантовые схемы также интенсивно изучались, например, для реализации квантовых технологий. До сих пор, оптических квантовых цепей поддерживаются классические оптические переключатели. Эти выключатели обычно основан на изменении показателя преломления материала при его нагревании, которая меняет степень, в которой световые лучи изогнуты по ней.
Однако, это медленный процесс и, в конечном счете, несовместимые с низких температурах, при которых другие квантовые элементы, такие, как квантовые биты или «кубиты» квантового компьютера (соответствующая классической битов, которые представляют «0» и «1»), Как правило, работают. Поэтому быстрый переключатель, который практически не нагревается на всех должны быть приятным дополнением к Такие приложения тоже.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!