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這項技術的突破使計算機速度提高至一百萬倍:從光到激光傳輸

發布:2022-05-18 09:59作者:www.yattendonparish.com點擊:675次

在計算機上建模復雜的科學模型或處理大量數據需要相當大的計算能力和時間。
現代計算機和智能手機處理器的計算速度由場效應晶體管保證。在對更快設備的競爭中,這些晶體管不斷縮小以盡可能地適應芯片。今天的計算機已經以幾千兆赫茲的速度運行,這意味著每秒進行數十億次算術運算。最新的晶體管尺寸只有 5 納米,也就是幾個原子。芯片制造商受到限制,在某些時候不可能減小晶體管的尺寸。
物理學家使用光波控制電子設備。光波振動大約需要一飛秒。使用激光來控制電信號,未來的計算機可能會快一百萬倍,即拍赫茲或光電信號處理。
電子設備用于使用二進制邏輯將信號和數據作為邏輯信息傳輸和處理?;蛘?,這些信號可以是電流脈沖的形式。
多年來,激光物理系的員工一直在尋找將光波轉換為電脈沖的方法。在他們的實驗中,研究人員使用超短激光脈沖來照亮石墨烯結構和金電極。激光脈沖在石墨烯晶格中引發電子波,這些電子波傳播到金電極,在那里它們可以作為電流脈沖進行測量并作為信息處理。
根據激光脈沖撞擊表面的位置,電子波的傳播方式不同。這會產生兩種類型的電流脈沖,稱為真實負載和虛擬負載。
“想象一下,石墨烯是一個水池,金電極是一個無限大的水池。當水面受到擾動時,一些水會從水池中流出。真正的充電就像把一塊石頭扔到水池中間。 “當產生的波到達水池邊緣時,水從邊緣逃逸,就像圖形中心的電子一樣,被激光脈沖激發,”Tobias Bulaki 說。 , Laser 首席研究員和助理研究員。物理椅子。就像從游泳池中取水一樣,您不必等待波浪形成。對于電子,這種情況發生得如此之快,以至于我們不清楚為什么要談論虛擬充電。在這種情況下,激光脈沖指向金電極旁邊的圖形。虛擬和真實負載可以解釋為二進制邏輯。
通過實驗,FAU 激光物理學家首次證明該方法可用于控制邏輯門,這是計算機處理器的關鍵組件。邏輯門告訴你如何處理傳入的二進制數據??扉T需要兩個輸入信號,在這種情況下,實際和虛電荷的電子波由兩個同步的激光脈沖調諧。根據這兩個波的方向和強度,產生的電流脈沖被集中或消除。物理學家測量的電信號仍然可以解釋為二進制邏輯,0 或 1。
光發射系統的設計
激光輻射源為脈沖半導體激光器,波長為 905 nm。激光輸出功率25W,矢狀方向光斑尺寸15 μm,發散角25°(FWHM),子午方向光斑尺寸74 μm,發散角10°(FWHM)。半導體激光器的矢狀(平行于過渡面的方向)和子午(垂直于過渡面的方向)發散角不同,因此分別用于準直的矢狀和子午方向。根據遠場高斯光束發散角的定義,θ=λ/πω0,準直后的半徑越大,MEMS振鏡的鏡面尺寸越大,MEMS振鏡的采樣率就會滿足小尺寸要求。為了適應準直后光束發散和 MEMS 振鏡的高掃描速率,該雷達使用直徑為 5mm 的 MEMS 振鏡,快軸掃描速率為 1.2kHz,響應速率慢約 100Hz。 10赫茲。
使用光學建模軟件創建了用于安裝柱面透鏡的仿真模型。一個傾角為 30°、直徑為 5 mm 的反射鏡位于距光源 45 mm 處,對應于掃描角為零的 MEMS 振鏡。
根據半導體激光器的發光特性,設計了焦距為4.62mm的柱面非球面鏡,用于沿子午線方向準直;焦距為 13.91 mm 的柱面球面鏡設計用于矢狀方向的準直。
準直后,模擬接收到距鏡子不同距離的亮點。
準直后子午方向的一半速度為1 mrad,矢狀方向的一半速度為3 mrad。顯示仿真模型中距離MEMS振鏡100m處探測器接收到的激光光斑。該節點的總能量為24.01 W,這意味著96%以上的激光能量被MEMS振鏡反射,只有包含約4%激光能量的光束沒有到達MEMS振鏡,而是進入了MEMS振鏡。本義。
保留光學系統的設計
如上所述,為了滿足大孔徑和視場的要求,收集遠離激光雷達的光信號,在目標的接收器和 APD 網絡之間增加了一個 2.2 倍的成纖錐作為連接元件探測器。光纖錐由數千根規則排列的會聚光纖組成,每根會聚纖芯直徑小于6m,從光纖錐入射端得到的圖像分解成相應的會聚光纖。規則排列的錐形光纖像素將像素信息以一對一的方式傳送到光纖錐的另一端;在傳輸過程中,隨著錐形光纖直徑的變化,像素會增加或減少,輸出端的像素會增加或減少。按原始排列對齊照片。在這項工作中,光纖光錐較小端的直徑為10mm,接近APD探測器,較大端的直徑為22mm,處于焦點位置。接收光學透鏡正方形的像平面。
科創板是一個新興的中國高科技證券交易平臺。
2021年,中國激光產業將成為資本市場的黃金。上海證券交易所科技創新委員會于 2019 年 6 月 13 日啟動,是一個注冊制,專為具有高增長率和強大研發能力但凈收入和凈收入低于平均水平的高科技公司而設計。收入。 ? 平臺不再關注最終結果,增加了資本市場對創新經濟的容忍度。
亞洲區域一體化向前邁出的另一個重要步驟是區域全面經濟伙伴關系協定(RCEP)于 2022 年 1 月 1 日生效以及全面和進步跨太平洋伙伴關系協定(CPTPP)于 2018 年 12 月 28 日生效. 這兩項貿易協定為亞洲區域經濟一體化奠定了基礎,對激光行業產生了重大影響。
中國激光市場前景
光纖激光器、激光切割機、超短脈沖激光器和先進光學器件之間激烈的價格戰正逐漸變成定制化競爭。對客戶需求和服務的快速響應比價格更重要。一支技術精湛的工程師團隊和快速可靠的服務網絡為公司帶來了巨大的競爭優勢。
中國激光產業的資本投資正在增加,政府的支持也在增加,特別是通過其產業政策和“激光產業園區或集群”對地方政府的支持。這些激光園區旨在達到產業規模和集群,以支持本地生產鏈。這些措施將有利于中國激光產業。根據中國的“十四五”規劃,這些激光園區中的許多預計將在未來五年內在中國建成。
預計2022年中國工業激光器市場年增長率在10%左右。
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