Mikroprosessorien tehonkulutus on nykyvauhdilla kasvamassa hallitsemattomaksi. Apua ongelmaan haetaan optisista prosessoreista ja nyt MIT:n tutkijat ovat kehittäneet kaksi prototyyppiä, joissa hyödynnetään optisista tietoliikennepiireistä tuttuja ominaisuuksia.
Normaalisti kiteiseen piihin perustuvilla CMOS-piireillä ei voida hyödyntää toisen kertaluvun epälineaarisuutta, mikä tekee optisista kompoennteista tehokkaampia ja luotettavampia. MIT:n tutkijat raportoivat kahdesta piihin perustuvasta epälineaarisuuksia hyödyntävästä prototyypistä. Nämä ovat modulaattorin, joka koodaa dataa optiseen säteeseen ja taajuustuplaaja, joka on tärkeä lasereiden kehitykselle, jotka voidaan virittää tarkasti erilaisille taajuusalueille.
Optiikassa lineaarinen järjestelmä on sellainen, jonka lähdöt ovat samoja taajuuksia kuin sen tulot. Siten esimerkiksi taajuustuplaaja on luonnostaan epälineaarinen laite. Tutkijoiden mukaan nyt voidaan rakentaa vaihemodulaattoripiiri, joka ei ole riippuvainen vapaiden kantajien vaikutuksista piillä, ne kun sisältävät aina vaiheen ja amplitudin keskinäisen kytkennän.
Olemassa olevat piimodulaattorit ovat seostettuja rakenteita. MIT:n tutkijoiden rakenne on osin seostamatonta. Tämän ansiosta on mahdollistaa toteuttaa ratkaisu, joka tuottaa optista signaalia moduloivan sähkökentän.
Toisen kertaluvun epälineaarisuudella rikotaan vaiheen ja amplitudin riippuvuus, joten näin voi tuottaa pelkän vaihemodulaattorin. Sellainen on tärkeä monille sovelluksille erityisesti tietoliikenteen parissa.
Tutkijoiden demonstroima taajuustuplaaja (frequency doubler) on vastaavanlainen ratkaisu, mutta siinä aktiiviset alueet on järjestetty säännöllisin välein aaltoputken poikittaisiksi kaistoiksi. Kaistojen väliset etäisyydet on kalibroitu tietyn aallonpituuden valolle ja kun jännite kytketään niiden yli, ne kaksinkertaistavat aaltojohdon läpi kulkevan optisen signaalin taajuuden.
Taajuuden kahdentajista voidaan rakentaa siruille erittäin tarkkoja optisia kelloja, optisia vahvistimia ja parametrisia oskillaattoreita sekä terahertsilähteitä.
Veijo Hänninen
