ارتباطات نوری
در یک پیوند نوری معمولی ، ابتدا داده ها از طریق الکتریکی به دامنه نوری با استفاده از یک مدولاتور الکترو نوری یا یک لیزر با مدوله شده مستقیم منتقل می شوند. یک تعدیل کننده الکترو نوری می تواند شدت و یا فاز حامل نوری را تغییر دهد. در فوتونیک سیلیکون ، یک روش معمول برای دستیابی به مدولاسیون تغییر چگالی حامل های بار آزاد است. تغییرات چگالی الکترونی و چاله باعث تغییر بخش واقعی و تخیلی از ضریب شکست سیلیکون می شود که توسط معادلات تجربی سورف و بنت شرح داده شده است. [17] تعدیل کننده ها می توانند از هر دو دیود PIN با تعصب جلو استفاده کنند ، که عموماً تغییرات فاز بزرگی را ایجاد می کنند اما از سرعت کمتری رنج می برند ، [18] و همچنین اتصالات PN مغرضانه دارد. [19] یک اتصال اولیه نوری نمونه اولیه با تعدیل کننده های میکروینگ یکپارچه با آشکارسازهای ژرمانیوم نشان داده شده است. [20] [21] تعدیل کننده های غیر تشدید مانند تداخل سنج های Mach-Zehnder ابعاد معمولی در محدوده میلی متر دارند و معمولاً در کاربردهای ارتباط از راه دور یا دیتاکوم مورد استفاده قرار می گیرند. دستگاه های رزونانس مانند تشدید کننده های حلقه فقط دارای ابعاد ده ده میکرومتر هستند و بنابراین مناطق بسیار کوچکتری را اشغال می کنند. در سال 2013 ، محققان یک مدولاتور کاهش رزونانس را نشان دادند که می تواند با استفاده از فرایندهای استاندارد مکمل سیلیکون روی عایق سیلیکون روی عایق استاندارد (SOI CMOS) ساخته شود. [22] دستگاه مشابه مانند CMOS فله و نه در SOI نشان داده شده است. [23] [24]
از طرف گیرنده ، سیگنال نوری معمولاً با استفاده از یک قطعه نوری نیمه هادی به حوزه الکتریکی برمی گردد. نیمه هادی مورد استفاده برای تولید حامل معمولاً دارای یک شکاف باند کوچکتر از انرژی فوتون است و رایج ترین انتخاب آن ژرمانیوم خالص است. [25] [26] بیشتر آشکارسازها از اتصالات PN برای استخراج حامل استفاده می کنند ، با این حال ، آشکارسازهای مبتنی بر اتصالات نیمه هادی فلزی (با استفاده از ژرمانیوم به عنوان نیمه هادی) در رهنمودهای موج سیلیکون نیز ادغام شده اند. [27] اخیراً ، فتودودهای بهمن سیلیکون-ژرمانیم قادر به کار با سرعت 40 گیگابایت در ثانیه ساخته شده اند. [28] [29] گیرنده های کامل به شکل کابل های نوری فعال تجاری شده اند. [30]
ارتباطات نوری به راحتی بر اساس میزان دستیابی یا طول پیوندهای آنها طبقه بندی می شوند. اکثر ارتباطات فوتونی سیلیکون تاکنون محدود به برنامه های ارتباط تلفنی [31] و دیتاکوم [32] [33] بوده اند که در آن ها به ترتیب چندین کیلومتر یا چندین متر است.
با این حال ، انتظار می رود فوتونیک سیلیکون نقش مهمی را در رایانه کمپیوتر نیز داشته باشد ، جایی که پیوندهای نوری در محدوده سانتی متر تا متر دسترسی دارند. در حقیقت ، پیشرفت در فناوری رایانه (و ادامه قانون مور) به انتقال سریع داده ها بین و در داخل میکروچیپ ها وابسته تر می شود. [34] اتصالات نوری ممکن است راهی را برای پیش رو فراهم کند ، و ممکن است فوتونیک سیلیکون بسیار مفید باشد ، هنگامی که روی تراشه های سیلیکون استاندارد یکپارچه شده باشد. [6] [35] [36] در سال 2006 ، پات گلسینجر معاون رئیس جمهور سابق اینتل اظهار داشت: "امروز ، اپتیک یک فناوری طاقچه است. فردا ، این جریان اصلی هر تراشه ای است که ما می سازیم." [8]
اولین ریزپردازنده با ورودی / خروجی نوری (I / O) در دسامبر 2015 با استفاده از رویکردی موسوم به فوتونیک CMOS با تغییر صفر نشان داده شد. [37] این تظاهرات اول بر روی یک گره SOI 45 نانومتر انجام شد و پیوند تراشه به تراشه دو جهته با سرعت 2 × 2/5 گیگابایت بر ثانیه انجام شد. کل انرژی مصرفی این پیوند 16 pJ / b محاسبه شد و در سهم لیزر خارج تراشه تسلط یافت.
برخی محققان معتقدند که یک منبع لیزر روی تراشه مورد نیاز است. [38] برخی دیگر فکر می کنند که بخاطر مشکلات حرارتی باید از تراشه خارج شود (راندمان کوانتومی با دما کاهش می یابد ، و تراشه های رایانه معمولاً داغ هستند) و به دلیل مشکلات سازگاری با CMOS. یکی از این وسایل ، لیزر سیلیکون ترکیبی است که در آن سیلیکون به عنوان یک نیمه رسانای مختلف (مانند ایندیوم فسفید) به عنوان محیط لیزینگ به یک نیمه هادی متفاوت وصل می شود. دستگاههای دیگر شامل لیزر کاملاً سیلیکون رامان [40] یا لیزرهای تمام سیلیکون Brillouin [41] است که در آن سیلیکون به عنوان محیط شستشو عمل می کند.
در سال 2012 ، IBM اعلام کرد که به مؤلفه های نوری در مقیاس 90 نانومتری دست یافته است که می تواند با استفاده از روشهای استاندارد تولید شود و در تراشه های معمولی گنجانیده شود. [7] [42] در سپتامبر 2013 ، اینتل فناوری را برای انتقال اطلاعات با سرعت 100 گیگابیت در ثانیه در امتداد کابل تقریباً 5 میلیمتر قطر برای اتصال سرورها در مراکز داده ارائه داد. کابل های داده PCI-E معمولی داده ها را تا حداکثر هشت گیگابیت در ثانیه حمل می کنند ، در حالی که کابل های شبکه به 40 گیگابایت در ثانیه می رسند. آخرین نسخه استاندارد USB از 10 گیگابایت بر ثانیه است. این فناوری مستقیماً کابلهای موجود را جایگزین نمی کند زیرا به یک مدار مدار جداگانه نیاز دارد تا سیگنال های الکتریکی و نوری را به هم وصل کند سرعت پیشرفته آن امکان کاهش تعداد کابل هایی که تیغه ها را بر روی یک قفسه متصل می کند و حتی جدا کردن پردازنده ، ذخیره سازی و حافظه را نیز در اختیار شما قرار می دهد.