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日本研发超高速电光调制器降低数据中心的冷却成本 推广用于汽车

2020-12-01 09:16:33来源:盖世汽车

盖世汽车讯 据外媒报道,日本研究人员采用了一种聚合物研发了一款超高速电光调制器,可以降低数据中心的冷却成本,而且此种聚合物即使在沸水温度下也很稳定。

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使用能在110℃温度下工作的混合聚合物调制器以200 Gbit/s传输的数据波形(图片来源:九州大学)

此种硅聚合物混合调制器能够在高达100摄氏度的温度时,每秒传输200字节的数据,并能够在高温下既快速又可靠地实现光学数据互连,减少对冷却的需求,而且可推广应用于屋顶和汽车等恶劣环境应用。

近年来,高清媒体流等高速数据传输需求激增,而光学通信是许多必要数据连接的核心。其中一个关键部件就是调制器,可以将数据放在通过电光材料的光束上,而电光材料可以根据电场的变化改变其光学特性。

目前大多数调制器都采用无机半导体或晶体作为电光材料,但是有机聚合物能够以低成本打造优良的光电性能、操作电压低等优点。

九州大学(Kyushu University)材料化学与工程系教授兼该研究的领导者Shiyoshi Yokoyama表示:“聚合物在调制器上有很大的应用潜力,但是在很多工业应用中还需要解决可靠性问题。

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硅-聚合物混合调制器(图片来源:九州大学)

其中一个挑战是,该聚合物层中的分子必须通过极化工艺来进行组织,以实现良好的电光特性。但是,当该聚合物层变得温暖,开始软化时,即达到玻璃化温度时,此种组织就会消失。

但是,如果该调制器和其他组件即使在高温下也可快速且可靠地运行,数据中心就能够在更高的温度下运行,从而减少能源消耗。因为目前,数据中心大约需要近40%的能源进行冷却。

研究人员设计的聚合物通过整合至合适的化学组,具备很好的光电性能以及高达172摄氏度的玻璃化温度。该研究小组基于马赫-曾德尔干涉仪制成硅聚合物混合调制器,能够在高温下以超高速发送信号。与其他结构相比,马赫-曾德尔干涉仪对温度变化的敏感性较低。

在由聚合物和硅制成的多层材料制成的调制器中,入射的激光束被分成两根等长的光束。在其中一个光束的光电聚合物上施加一个电场可以改变其光学特性,使光波略有位移。当两束激光再汇合时,得到修改以及未得到修改光束之间的干涉会根据相移量改变混合输出光束的强度,最终在光中编码数据。

采用一个简单的开关状态数据信号方案,可以让数据传输速率达到100 Gbit/s,而采用4个信号电平的更复杂方法传输数据的速率可达200 Gbit/s。

即使在25摄氏度至110摄氏度的温度下操作设备,以及在90摄氏度下加热100小时后,此种性能也能得到保持,而且可以几乎忽略变化,这证明了调制器在非常大的温度范围内也非常强大且稳定。

目前的设备具毫米大小,与其他设计相比相对较大。但是,研究人员们正在寻找方法,以进一步减少在小区域内密集排列此类调制器所占用的空间。