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[圖]全光光纖問(wèn)世,打開(kāi)信息傳輸技術(shù)的自由大門

摘要: 據(jù)physorg網(wǎng)站2006年11月1日?qǐng)?bào)道,標(biāo)準(zhǔn)光纖一般是由純度和柔韌性極高的玻璃制成。上千條光纖被捆扎在一起,并用保護(hù)層包裹起來(lái)。但光纖只是傳輸光的通道。


    據(jù)physorg網(wǎng)站2006年11月1日?qǐng)?bào)道,標(biāo)準(zhǔn)光纖一般是由純度和柔韌性極高的玻璃制成。上千條光纖被捆扎在一起,并用保護(hù)層包裹起來(lái)。但光纖只是傳輸光的通道。為了對(duì)光波所攜帶的信息進(jìn)行調(diào)整,光子先得轉(zhuǎn)化為電子,并通過(guò)昂貴的半導(dǎo)體部件組來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和控制。多年來(lái),這個(gè)問(wèn)題一直困擾著電信產(chǎn)業(yè)。

    賓夕法尼亞州的巴丁及其同事,以及英國(guó)南安普敦大學(xué)光電子學(xué)研究中心的高級(jí)研究員皮爾·薩日奧公開(kāi)表示,他們對(duì)所謂的“光-電-光”(OEO)問(wèn)題的解決方案是使用全光光纖(OOO)。他們此項(xiàng)研究取得的突破包括:將半導(dǎo)體材料嵌入光纖的技術(shù),實(shí)質(zhì)上就是將轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)部件嵌入只有魚(yú)線厚度的柔軟玻璃管內(nèi)。這項(xiàng)技術(shù)可能使電信發(fā)生徹底的變革,假以時(shí)日可能實(shí)現(xiàn)光學(xué)計(jì)算。光學(xué)計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與光纖間的直間連接,無(wú)需經(jīng)過(guò)電子處理。以前有許多工程師認(rèn)為,由于光的速太快,光學(xué)計(jì)算只是一種幻想。

    巴丁在談到如何開(kāi)始從事這項(xiàng)研究工作時(shí)稱,“我是在南安普敦度假時(shí)開(kāi)始這項(xiàng)工作的。在參加一些聚會(huì)時(shí),我遇見(jiàn)了皮爾·薩日奧,我們很合得來(lái)。一天,他在閱讀一篇科學(xué)文章時(shí)對(duì)我說(shuō)‘喂,如果我們能將部件嵌入到這些管子里,那真是太酷了?!裕覀冮_(kāi)始思考如何能做到這一點(diǎn)。2003年,我回到賓夕法尼亞州,我和皮爾計(jì)算出了怎樣將部件嵌入這些管子的方法?!?/P>

    研究人員發(fā)現(xiàn),在一千倍大氣壓力和溫度達(dá)攝氏500度的環(huán)境中,通過(guò)使用化學(xué)蒸鍍可以將鍺和其他半導(dǎo)體材料存放在光纖內(nèi)。通過(guò)這種方法,他們可以為一段光纖制作一件涂層制服?!八旧峡梢哉f(shuō)是材料學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)方面的一次進(jìn)步?!卑投〗忉尩?,“對(duì)人們來(lái)說(shuō),最令人興奮的是應(yīng)用,但所有工作都得從材料開(kāi)始。從材料科學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看,它是試著將微米和納米部件嵌入光纖內(nèi),這是史無(wú)前例的。很明顯,它的創(chuàng)新是一股力量。許多現(xiàn)有的技術(shù)為人們所熟知,但這項(xiàng)技術(shù)引起一點(diǎn)轟動(dòng)的原因在于以前根本沒(méi)有人聽(tīng)說(shuō)過(guò)這樣的事。我們會(huì)設(shè)法在一段幾厘米長(zhǎng)度的光纖上蓋滿很長(zhǎng)的極端高厚徑比的直徑為5微米到100納米的毛細(xì)管狀部件。經(jīng)過(guò)計(jì)算,我們已找到一種方法,這種方法可以使前驅(qū)波在這些2微米寬的孔中進(jìn)行流動(dòng),并以每秒幾十納米的速度將鍺半導(dǎo)體嵌入孔壁,直到基本上蓋滿這些孔。人們對(duì)這么小的孔感到驚奇。最后,這些孔的大小在封閉時(shí)可能不到10納米,這基本上可以說(shuō)是制造一段金屬線。因此,技術(shù)的完美非常令人贊嘆。”

    他們的工作得到了廣泛關(guān)注

    正是在這種情況下,古帕蘭與他的賓夕法尼亞州同事,物理學(xué)副教授文森特·克拉斯皮也加入研究的行列。通過(guò)他們間的相互合作以及和南安普敦小組之間的合作,他們于2006年3月在《科學(xué)》期刊發(fā)表了一篇題為“微觀結(jié)構(gòu)光纖象高壓微流控反應(yīng)堆”的論文,該論文引起了光子學(xué)界的廣泛關(guān)注。

    利哈伊大學(xué)的光學(xué)技術(shù)中心的光學(xué)功能小組組長(zhǎng),約翰·圖盧茲教授就論文的重要性談了他的看法:“雖然這個(gè)任務(wù)看起來(lái)簡(jiǎn)單,但光子晶體光纖(PCF)內(nèi)孔的大小甚至連氣體都很難通過(guò)。因此,巴丁教授開(kāi)發(fā)的可以將半導(dǎo)體材料和金屬嵌入光子晶體光纖孔的技術(shù)是一項(xiàng)顯著的實(shí)驗(yàn)成就。這項(xiàng)技術(shù)為光纖技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)辟了一個(gè)全新的應(yīng)用領(lǐng)域。尤其重要的是,這項(xiàng)技術(shù)可以在同一個(gè)光纖設(shè)備中將光子和電子功能進(jìn)行合并。因?yàn)榇隧?xiàng)技術(shù)意義重大,所以巴丁教授的工作最近受到許多關(guān)注理所應(yīng)當(dāng)?!?/P>

    從事材料物性表征和電子顯微鏡研究工作的古帕蘭稱,“發(fā)表在《科學(xué)》上的論文涵蓋了我們所做的許多工作。這篇論文包含了3到4篇論文的內(nèi)容,它是3年工作的結(jié)晶。它非常的簡(jiǎn)潔?!?/P>

    巴丁同意這一說(shuō)法,“我們想確保它涵蓋我們所做的每件事。隨同皮爾一起,萬(wàn)卡特?fù)?dān)負(fù)著幫助構(gòu)思設(shè)備概念的任務(wù)。在如此短的時(shí)間內(nèi),構(gòu)思出了那么多的概念,我們當(dāng)時(shí)都快瘋了。我們必須從中篩選出最好的構(gòu)思。倒不是說(shuō)概念是瘋狂的?!卑投?qiáng)調(diào)稱,“他們是很瘋狂,但瘋狂得有道理,瘋狂得偉大?!惫排撂m同意巴丁的說(shuō)法,“那是我興奮的原因,他們是瘋狂的,因?yàn)楦緵](méi)有人想到過(guò)他們?!卑投》Q,“讓我們帶你去看看實(shí)驗(yàn)室?!?/P>

   實(shí)驗(yàn)室展示光纖

    在地下實(shí)驗(yàn)室,中間隔著厚厚的吸光窗簾,一卷卷的光纖懸掛在天花板上。巴丁從一卷光纖中拉出幾英寸的金屬線,問(wèn)我,“你以前見(jiàn)過(guò)光纖嗎?你可以在光纖內(nèi)扎進(jìn)許多路通道。光發(fā)生振蕩的速度很快,以致于你能以一個(gè)令人震驚的速度對(duì)它進(jìn)行編碼?!?/FONT>

    巴丁繼續(xù)說(shuō)道,“校園里,特別是學(xué)生,他們對(duì)帶寬的要求很貪婪。你可以通過(guò)從倫敦到紐約的光纖得到大量信息,但這時(shí)候的問(wèn)題是,這些信息先得傳送到像斯克內(nèi)克塔迪(Schenectady)和州立大學(xué)這樣的地方,然后你才能得到解出來(lái)的信息。這些是不可能在光纖內(nèi)辦到的。傳送這些信息將耗費(fèi)大量的電能。甚至當(dāng)光纖在進(jìn)入這幢樓的瞬間,光纖內(nèi)肯定存在著大量的信息,每次都需要像電話交換機(jī)一樣進(jìn)行信息交換,這使得花費(fèi)很高?!?/FONT>

    古帕蘭稱,“世界上還有很大一部分人不上因特網(wǎng)。但網(wǎng)絡(luò)在中國(guó)和印度推廣得很快。我75歲的父親生活在印度,現(xiàn)在正使用一臺(tái)電腦與我的女兒在網(wǎng)上視頻,所以他正在進(jìn)步。這種進(jìn)步?jīng)Q不會(huì)停下來(lái)。他從未想到他能使用一臺(tái)計(jì)算機(jī),現(xiàn)在他想要的是越來(lái)越快的下載速度。” 巴丁稱,“我們需要做的是實(shí)現(xiàn)這個(gè)難以置信的要求——把信息無(wú)比快速地送到你的計(jì)算機(jī)中。用全光光纖取代光-電-光光纖?!惫排撂m補(bǔ)充稱,“我們談?wù)摰氖?億兆赫茲帶寬。就算是其中一小部分也是一個(gè)巨大的帶寬。你可以在其中安裝許多通道。它是如此的強(qiáng)大以至于你可以迅速地從全球獲取信息。它可以幾乎實(shí)時(shí)地傳送大量的信息,這就是光的優(yōu)勢(shì)?!?/FONT>

    這僅僅是開(kāi)始

    “該技術(shù)是關(guān)于如何以各種可能的方式靈活操作光。”巴丁稱,“哪怕是被動(dòng)的應(yīng)用,光纖的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度還是不夠用。我們能夠使用光,因此你可以設(shè)想在里面使用激光;我們可以在里面嵌入許多半導(dǎo)體結(jié)點(diǎn),因此你可以想象嵌入光纖中的一長(zhǎng)串的半導(dǎo)體材料可以把光纖中的激光傳遞得更遠(yuǎn)。調(diào)節(jié)器可以改變光的強(qiáng)度和相位。你可以對(duì)一些經(jīng)過(guò)那里的光信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié),你可以把某些信息編成電碼,你還可以考慮把這用做傳感器?!?/FONT>

    “把電轉(zhuǎn)變成光是其中的關(guān)鍵?!惫排撂m稱,“光學(xué)處理是最神圣的技術(shù)。我們將使用光子來(lái)處理信息,而不是電子信息處理技術(shù)。在上個(gè)世紀(jì),半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展極為迅猛,這使得我們開(kāi)始設(shè)想用光技術(shù)取代電子技術(shù)。今天我們正處于利用光學(xué)和半導(dǎo)體技術(shù)的過(guò)度階段。大多數(shù)邏輯函數(shù)還需要依靠電子技術(shù)來(lái)處理?!?/FONT>

    巴丁補(bǔ)充稱,“但如果你可以在光纖中做任何事情的話,你就會(huì)發(fā)現(xiàn)許多新的可能性。因此學(xué)習(xí)如何處理光纖非常重要。每個(gè)人都對(duì)此提出了許多意見(jiàn)和建議。最重要的是,這種光纖允許你使用納米級(jí)的微處理技術(shù)來(lái)嵌入和構(gòu)建半導(dǎo)體材料,這是你以前無(wú)法做到的。從某種意義上講,這是制造先進(jìn)電子和光子設(shè)備的精髓所在。”

    巴丁說(shuō),“要做的事情真是太多了,以至于我真得需要與很多人合作?,F(xiàn)在我們把所能做的事告訴了道格·沃納(電子工程教授)。我們還與戴夫·阿爾拉拉(化學(xué)和材料科學(xué)教授)建立了合作關(guān)系。因此,這項(xiàng)研究已經(jīng)成為各學(xué)科間的通力合作。每個(gè)小組都有各自領(lǐng)域的專家,每個(gè)小組都有自己的不同貢獻(xiàn)和特長(zhǎng)。我認(rèn)為這項(xiàng)研究的規(guī)模在賓西法尼亞州很可能會(huì)變得越來(lái)越大。”

    英文原文鏈接參見(jiàn):http://www.physorg.com/news81621455.html

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