Díky novým objevům jsou optické čipy blíž. Budou počítat rychlostí světla

Limitem současné elektronické komunikace je zpracování elektrických signálů. Naše mikroelektronika totiž staví na křemíku a naráží na své limity. Alternativou, která zvýší rychlost zpracování dat, by mohly být optické nebo také fotonické čipy.

„Nezpracovávaly by se v nich elektrické signály, tedy elektrony, ale fotony jako částice světla,“ říká Branislav Dzurňák z Katedry elektrotechnologie Českého vysokého učení technického. „Rychlost přenosu dat by se v tu chvíli vlastně rovnala rychlosti světla.“

K možným budoucím aplikacím takových fotonických čipů patří například laserové radary pro samořiditelná auta, chemické senzory pro lékařskou diagnostiku nebo pro měření kvality vzduchu a potravin.

Jiná krystalická struktura řeší vyzařování světla

Vědci si v aktuálním výzkumu poradili s hlavní nevýhodou křemíku. Ten totiž velmi špatně vyzařuje světlo, a to je pro tuto oblast zásadní. Inspirovali se proto asi 50 let starou teorií, podle které je možné vyzařování některých polovodičů ovlivnit změnou jejich krystalické struktury.

Čtěte také

Fotony místo elektronů - jak je dnes daleko výpočetní fotonika?

Vědci proto vytvořili slitinu křemíku a germania a prvky vytvarovali do šestiúhelníkové struktury. Při přípravě takové slitiny dochází k různým pnutím a defektům, které nový materiál negativně ovlivňují. Za pomoci nejnovějších postupů se jim tento problém podařilo vyřešit.

Pro přípravu materiálu využili pokročilé metody, jako je třeba chemická depozice z plynné fáze. Pro jeho pravidelnou krystalizaci použili zárodky jiných materiálů a ve výsledku pak připravili nanodráty. Jednalo se o svislá vlákna, která v šestiúhelníku měla průměr o velikosti asi 35 nanometrů.

„Tuto novou strukturu vědci teoreticky namodelovali a spočítali její optické vlastnosti, tím předpověděli účinnou emisi světla,“ vysvětluje Dzurňák. Své teoretické výsledky poté úspěšně ověřili i experimentálně.

Čtěte také

Google investuje pod hladinou moře. Pokládá tři nové optické kabely a buduje datová centra

O fotonických čipech se mluví už dlouho a stále platí, že jejich vývoj zdaleka není u konce. Podařilo se ale experimentálně vyřešit jeden z největších problémů křemíkových technologií.

„Zatím zůstává problémem samotné ’laserování’ na nové křemíkové struktuře,“ komentuje výsledky vědců Dzurňák. „Vyzařované světlo také spadá do hlubší infračervené oblasti, než by z hlediska současné konvenční optické komunikace bylo optimální.“ Vědci z nizozemské Eindhoven University of Technology by tyto problémy ale rádi vyřešili ještě v průběhu roku 2020.

Přenos dat pomocí světla v Motole

V oblasti přenosu dat za pomoci světla se v poslední době mluví i o tzv. Li-Fi, tedy bezdrátovém datovém přenosu viditelným světlem. Tuto technologii je možné uplatnit pro přenos dat i při zachování základní funkce osvětlovacích těles.

Čtěte také

Světelné Wi-Fi, tedy Li-Fi

„Je to vlastně lokální alternativa pro wi-fi v prostředí, kde se vyžaduje hlavně spolehlivost a rychlost spojení,“ vysvětluje Dzurňák. Testování Li-Fi probíhá v současnosti ve spolupráci s německým Fraunhofer Institute for Telecommunications v nemocnici v Motole.

„Naši kolegové z Katedry elektromagnetického pole Fakulty elektrotechnické ČVUT tyto systémy testují na operačním sále Neurochirurgického oddělení, kde mohou zabezpečovat komplexní komunikaci s přístroji,“ uzavírá Dzurňák.