由陆军研究实验室 军方资助的研究人员开发了一种新的光学设备设计，可以帮助提高光纤通信的能效
学分:宾夕法尼亚大学 研究人员称美国科学家在一项研究中的新发现
S
陆军光电设备项目有助于提高光纤通信的能效
宾夕法尼亚大学、北京大学和麻省理工学院参与了一个由陆军研究办公室资助的项目
S
陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室
这项研究试图开发一种新的光学器件设计，这种器件可以向一个方向辐射光
这种单侧光辐射通道可用于广泛的光电应用，以减少光纤网络和数据中心的能量损失
《自然》杂志发表了这项发现
光倾向于沿着一个方向在光纤中流动，就像水流过管道一样
片上耦合器用于将光纤连接到芯片，在芯片上产生、放大或检测光信号
当大多数通过耦合器的光继续通过光纤时，一些光以相反的方向传播，泄漏出去
数据流量中的很大一部分能量消耗是由于这种辐射损失
数据中心总能耗占全球电力需求的2%，并且需求每年都在增长
宾夕法尼亚大学、北京大学和麻省理工学院参与了一个项目，部分资金由美国政府提供
S
研发出一种新的向单一方向辐射光的光学设备的军队
学分:宾夕法尼亚大学 之前的研究一致表明，光纤和芯片之间的每个界面上25%的最小损耗是一个理论上限，是无法超越的
由于数据中心需要复杂且相互交织的节点系统，当光通过网络传播时，25%的损失会迅速增加
宾夕法尼亚大学博士生金说:“在一个典型的中型数据中心中，您可能需要通过五个节点(10个接口)才能与另一台服务器通信，如果使用现有设备，总损失将达95%。”
“事实上，需要额外的能量和元件来一次又一次地放大和中继信号，这会引入噪声，降低信噪比，并最终降低通信带宽
" 在对该系统进行了更详细的研究后，研究小组发现，打破设备的左右对称可以将损失降至零
“这些令人兴奋的结果有可能刺激对陆军系统的新研究投资。”
迈克尔·格霍尔德，陆军研究室光电项目经理
“耦合效率的提高不仅有可能改善商业数据中心的数据通信，而且其结果还会对光子系统产生巨大影响，在光子系统中，低得多的强度信号可以用于相同的精确计算，从而使电池供电的光子计算机成为可能
" 在对该系统进行更详细的研究后，研究小组发现，打破设备的左右对称可以将光纤网络和数据中心的能量损失降至零
学分:宾夕法尼亚大学 为了更好地理解这一现象，该团队开发了一种基于拓扑电荷的理论
拓扑电荷禁止特定方向的辐射
对于上下对称和左右对称的耦合器，每一侧都有一个电荷，禁止垂直方向的辐射
“把它想象成两部分的胶水，”宾夕法尼亚大学物理学和天文学系助理教授薄震说
“通过打破左右对称，拓扑电荷被分成两个半电荷——两部分的胶被分开，所以每个部分都可以流动
通过打破上下对称，每个部分在顶部和底部的流动不同，所以两部分的胶水只在底部结合，消除了那个方向的辐射
这就像一个泄漏的管道已经用拓扑两部分胶固定
" 该团队最终选定了一种带有一系列斜杆的设计，这种设计可以同时打破左右对称和上下对称
为了制造这种结构，他们开发了一种新的蚀刻方法:将硅片放在楔形衬底上，允许以倾斜的角度进行蚀刻
相比之下，标准蚀刻机只能创建垂直的侧壁
作为未来的一步，该团队希望进一步开发这种蚀刻技术，使其与现有的铸造工艺兼容，并提出一种更简单的蚀刻设计
作者希望这种应用既能帮助光在短距离内(如光纤电缆和服务器芯片之间)更有效地传播，也能在长距离内(如远程激光雷达系统)更有效地传播
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
