Brevetto: Conversione di Impulsi di Luce Inviati lungo un Cavo in Fibra Ottica in Segnali Elettrici per l’Internet di Domani… Perché non Adesso?
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l’Internet di Domani! Perché non Adesso?
Fino ad ora, le aziende che gestiscono tali centri dati hanno avuto la tendenza ad usare cavi elettrici per collegare le migliaia di server che impiegano, ma molti stanno ora sostituendo quel cablaggio con cavi in fibra ottica questi hanno una serie di vantaggi rispetto alla varietà di rame, tra cui perdite inferiori su lunghe distanze, il fatto che non raccolgono le interferenze elettromagnetiche e, soprattutto, la loro larghezza di banda molto maggiore.
Tuttavia, dice Andrew Knights della McMaster University in Ontario, anche l’attuale tecnologia della fibra potrebbe essere sommersa dalla crescente domanda degli utenti entro un decennio o due.
Nell’ultimo lavoro, Knights, insieme a Jason Ackert e colleghi alla McMaster e anche all’Università di Southampton nel Regno Unito, hanno costruito e testato un fotorivelatore un dispositivo che converte gli impulsi di luce inviati lungo un cavo a fibre ottiche in segnali elettrici che servono come input ai processori del computer che è progettato per soddisfare tale domanda aumentando la gamma di lunghezze d’onda che possono essere utilizzate per inviare dati.
La maggior parte dei cavi attuali lavorano a bande centrate su 1.3 o 1.5 μm, e trasmettono dati su circa 100 canali diversi all’interno di ogni banda con ogni canale corrispondente a una lunghezza d’onda leggermente diversa. Il nuovo dispositivo, dicono i ricercatori, aiuterebbe ad aprire almeno altri 100 canali operando a lunghezze d’onda più lunghe, sfruttando una banda che si trova nella regione del medio infrarosso a circa 2 μm.
I fotorivelatori che operano alle lunghezze d’onda del medio infrarosso sono già stati costruiti con materiali diversi dal silicio, nota Knights. Ma questi dispositivi rivali, dice, soffrono di svantaggi. I rivelatori al germanio-stagno, per esempio, operano troppo lentamente e producono correnti elettriche piuttosto piccole, mentre i rivelatori basati su semiconduttori III-V sono difficili da integrare nei circuiti di silicio.
Difetti di ioni
Il nuovo dispositivo consiste in una striscia di silicio larga 3 μm che ha uno spessore di 220 nm al centro e solo 90 nm ai bordi, depositata su un substrato di biossido di silicio. Normalmente, un tale dispositivo servirebbe come una guida d’onda che è trasparente alla radiazione del medio infrarosso, ma il gruppo anglo-canadese ha inserito ioni nel silicio per introdurre difetti nella struttura del reticolo. Questi difetti danno luogo a stati elettronici all’interno del band gap del silicio, che permettono ai fotoni del medio infrarosso a bassa energia di eccitare coppie di elettroni-hole e generare così una fotocorrente misurabile.
Knights e collaboratori hanno dimostrato che il loro dispositivo genera una risposta elettrica affidabile a lunghezze d’onda tra 1,96 e 2,5 μm, anche se con una sensibilità inferiore rispetto ai rivelatori di silicio simili che operano a 1,55 μm. Hanno anche esposto il dispositivo all’uscita di un diodo laser da 1,96 μm, mostrando che a questa lunghezza d’onda potrebbe funzionare senza errori a velocità superiori a 20 gigabit al secondo più di qualsiasi altro fotorivelatore a questa lunghezza d’onda.
Fabbricazione facile
I ricercatori hanno anche dimostrato che il loro progetto potrebbe essere realizzato utilizzando la fabbricazione CMOS standard, avendo il loro prototipo di dispositivo fabbricato in una fonderia commerciale a Singapore. Questo è cruciale, dicono, perché significa essere in grado di sfruttare la vasta infrastruttura esistente utilizzata per fabbricare microchip, abbassando così i costi in modo significativo.
Infatti, le guide d’onda, i multiplexer e la maggior parte degli altri componenti necessari per la comunicazione su fibra ottica in questa nuova banda di frequenza sono già stati costruiti dal silicio da altri gruppi di ricerca. “Abbiamo dimostrato che il nostro dispositivo è veloce, che funziona alla giusta lunghezza d’onda e che è compatibile con la fabbricazione del silicio”, dice Knights. “Se si mettono insieme queste cose, si tratta di un importante passo avanti”.
Knights sottolinea che è improbabile che ci sia un mercato di massa per questo dispositivo fino a quando il traffico Internet non sarà cresciuto di conseguenza. Ma è fiducioso che il mercato si materializzerà. “Possiamo mettere questo nella cassetta degli attrezzi e sarà pronto quando sarà necessario”, dice.
Fonte: nature.com
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