PERSBERICHT

Nature-publicatie TU/e onderzoekers ‘A fast low-power optical memory based on coupled micro-ring lasers’.

Doorbraak in optisch geheugen met lasertechnologie

Het dataverkeer over internet neemt zo snel toe dat de grenzen van de huidige breedbandtechnologie in zicht komen. Wereldwijd vindt dan ook onderzoek plaats naar de volgende generatie breedbandtechnologie. Deze kan bestaan uit geheel optische datatransport en -verwerking zonder tussenkomst van elektronica. Dr. Martin Hill, onderzoeker aan de TU Eindhoven (onderzoeksschool COBRA), heeft op dit punt een belangrijke doorbraak bereikt. Hij ontwikkelde een geheel optische schakelaar op microschaal inclusief een optisch geheugenelement op basis van verfijnde lasertechnologie. De vinding wordt beschreven in het prestigieuze wetenschapstijdschrift Nature van 11 november 2004*.

Bottleneck
Glasvezelverbindingen kunnen zeer grote hoeveelheden optische data transporteren, tot wel 1,28 Terabit/seconde per kanaal. De knooppunten tussen de glasvezelverbindingen vormen echter een bottelneck. Dat komt doordat de elektronica in deze knooppunten een lage processing snelheid heeft (10 GHz). Bovendien moet er een aantal omzettingen plaats vinden van informatie in het optische domein naar het electronische domein en vice versa.

Optische processoren
Deze bottleneck kan worden aangepakt door de vervanging van elektronische naar geheel optische processoren. Binnenkomende data, bijvoorbeeld adresinformatie van datapakketten, kunnen zonder tussenkomst van elektronica worden verwerkt en gebufferd. Totnogtoe produceren werkelijk snelle optische processoren echter teveel warmte om op een kleine chip geïntegreerd te kunnen worden, en energiezuinige optische processoren zijn niet snel genoeg. De TU/e onderzoekers hebben voor het eerst een zeer compact optisch geheugenelement ontwikkeld dat op zeer hoge snelheden kan werken (meer dan 10x sneller dan de snelste elektronica) en met zeer lage schakelvermogens (aanzienlijk lager dan snelle transistors).

Ringvormige lasers
De optische schakelaar bestaat uit twee ringvormige lasers die met elkaar zijn gekoppeld door een minuscuul lichtkanaaltje waar de laserbundel doorheen gaat. In deze ringlasers kan het licht in twee verschillende richtingen lopen: met de klok mee of tegen de klok in. De TU/e-onderzoekers kunnen met de lichtbundel de lasers in één richting vastzetten en binnen een zeer korte tijd omschakelen naar de andere richting. Daarmee is het optische equivalent van de transistor geschapen; informatie kan immers worden opgeslagen en bewerkt in dit binaire systeem, zodat er een optisch RAM-geheugen ontstaat.

Klein, snel, energiezuinig
De twee lasers vormen een optisch één-bits geheugen. De lasers hebben een diameter van 16 micrometer. Ondanks het conservatieve ontwerp werkt deze chip al op een frequentie van 50 GHz met een zeer lage energievraag van 5,5 femtoJoule (10-15) per bit. Dit is vergelijkbaar met de beste beschikbare elektronische processoren. Ook het vermogen dat nodig is voor het vasthouden van de een-bits informatie is zeer laag, nl. ca. 1 microWatt. Dat is duizendmaal minder dan in huidige optische systemen. En dit is nog maar het begin.

Optische chips
De karakteristieken van de technologie maken opschaling voor grotere geheugens en toepassingen mogelijk. De volgende stap zijn lasers met een diameter van 3 micrometer, die de frequentie en het energieverbruik met een factor tien of meer kunnen verbeteren. Zelfs lasers van 0,5 micrometer behoren tot de mogelijkheden. Prof. dr. Meint Smit, een van de co-auteurs: “Het is veelbelovend dat dit optische geheugen al bij de eerste experimentele realisatie deze uitzonderlijke prestaties neerzet. Het getoonde ontwerp is conservatief, en er zijn nog grote stappen mogelijk naar veel kleinere, snellere en energiezuinigere optische geheugens. Het is niet zo dat je in de nabije toekomst optische PC’s op de bureau’s zult zien staan. Wel zouden al binnen een paar jaar geheel optische chips toegepast kunnen worden in breedbandverbindingen.”

* De Nature-publicatie is gebaseerd op onderzoek van een team bij de Cobra onderzoeksschool aan de TU/e. Het onderzoek werd mede mogelijk gemaakt door een subsidie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek NWO. De mede-auteurs zijn: Harmen J.S. Dorren1, Tjibbe de Vries1, Xaveer J.M. Leijtens1, Jan Hendrik den Besten1; Barry Smalbrugge1, Yok-Siang Oei1, Hans Binsma2, Giok-Djan Khoe1 en Meint K. Smit1.
1COBRA Onderzoeksschool, TU/e 2JDS Uniphase.

Terug