#optomechanical

http://impossible-physics.ru

Исследователи из американского Национального Института Стандартов и Технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) создали пьезо-оптомеханическое устройство, способное выполнять преобразование оптических, акустических и радиосигналов в любой комбинации и в любом направлении. Это устройство может стать основой систем, с помощью которых будет производиться передача и хранение информации в компьютерах следующих поколений, включая фотонные и квантовые компьютеры.

Нашим постоянным читателям наверняка известно понятие закона Гордона Мура, который определяет то, что количество транзисторов и вычислительная мощность микропроцессоров удваивается каждые 2 года. Но в последнее время размеры транзисторов, за счет чего осуществляется увеличение их числа и увеличение производительности процессоров, приблизилось к пределам, определяемым некоторыми физическими законами. Поэтому исследователи находятся в поисках альтернативных методов передачи и обработки информации, и одним из подобных методов является использование света и акустических колебаний. Но говорить о практическом использовании нетрадиционных сред в качестве носителей информации можно будет лишь после того, как будут созданы устройства, выполняющие эффективное преобразование сигналов одного типа в другой.

Именно таким устройством-преобразователем и является созданное исследователями NIST пьезо-оптомеханическое устройство. Его основой является оптомеханическая впадина, роль которой выполняет наноразмерная стоячая волна луча света. В районе этого луча создано несколько отверстий, которые выступают в роли зеркальных ловушек для фотонов. Фотоны света определенной частоты отражаются тысячи раз от этих зеркал, прежде чем им удается покинуть пределы луча, а расстояние между зеркалами ограничивает частоту механических колебаний, создаваемых отражаемыми фотонами, миллиардами циклов в секунду (гигагерцами). Фотоны и кванты механических колебаний, фононы, постоянно обмениваются энергией, что даёт возможность наращивать количество фотонов, пойманных в ловушку, а увеличение количества фотонов приводит к увеличению амплитуды механических колебаний. Силы этого обоюдного взаимодействия или сцепления являются самыми сильными среди всех созданных ранее оптомеханических систем.

Одним из главных моментов устройства являются акустические волноводы, присоединенные к оптической ловушке, которые направляют фононы акустических колебаний по заданному пути. Направляя созданные снаружи фононы в район оптической впадины, можно управлять параметрами движения наноразмерного луча света. А накачивая оптическую ловушку фотонами с определенными характеристиками, можно преобразовать устройство в генератор фононов.

Кроме этого, в состав устройства включены элементы из пьезоэлектрического материала, который под воздействием переменного электрического поля может создавать механические колебания очень высокой частоты. А специальный элемент-преобразователь (interdigitated transducer, IDT) даёт возможность увеличить эффективность пьезоэлектрического эффекта. При помощи этих элементов реализована взаимосвязь между радиоволнами и акустическими колебаниями, которые можно использовать в качестве самостоятельных носителей информации или для управления потоком излучаемого устройством света.

http://ipv2.info

Исследователи из американского Национального Института Стандартов и Технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) создали пьезо-оптомеханическое устройство, способное выполнять преобразование оптических, акустических и радиосигналов в любой комбинации и в любом направлении. Это устройство может стать основой систем, с помощью которых будет производиться передача и хранение информации в компьютерах следующих поколений, включая фотонные и квантовые компьютеры.

Нашим постоянным читателям наверняка известно понятие закона Гордона Мура, который определяет то, что количество транзисторов и вычислительная мощность микропроцессоров удваивается каждые 2 года. Но в последнее время размеры транзисторов, за счет чего осуществляется увеличение их числа и увеличение производительности процессоров, приблизилось к пределам, определяемым некоторыми физическими законами. Поэтому исследователи находятся в поисках альтернативных методов передачи и обработки информации, и одним из подобных методов является использование света и акустических колебаний. Но говорить о практическом использовании нетрадиционных сред в качестве носителей информации можно будет лишь после того, как будут созданы устройства, выполняющие эффективное преобразование сигналов одного типа в другой.

Именно таким устройством-преобразователем и является созданное исследователями NIST пьезо-оптомеханическое устройство. Его основой является оптомеханическая впадина, роль которой выполняет наноразмерная стоячая волна луча света. В районе этого луча создано несколько отверстий, которые выступают в роли зеркальных ловушек для фотонов. Фотоны света определенной частоты отражаются тысячи раз от этих зеркал, прежде чем им удается покинуть пределы луча, а расстояние между зеркалами ограничивает частоту механических колебаний, создаваемых отражаемыми фотонами, миллиардами циклов в секунду (гигагерцами). Фотоны и кванты механических колебаний, фононы, постоянно обмениваются энергией, что даёт возможность наращивать количество фотонов, пойманных в ловушку, а увеличение количества фотонов приводит к увеличению амплитуды механических колебаний. Силы этого обоюдного взаимодействия или сцепления являются самыми сильными среди всех созданных ранее оптомеханических систем.

Одним из главных моментов устройства являются акустические волноводы, присоединенные к оптической ловушке, которые направляют фононы акустических колебаний по заданному пути. Направляя созданные снаружи фононы в район оптической впадины, можно управлять параметрами движения наноразмерного луча света. А накачивая оптическую ловушку фотонами с определенными характеристиками, можно преобразовать устройство в генератор фононов.

Кроме этого, в состав устройства включены элементы из пьезоэлектрического материала, который под воздействием переменного электрического поля может создавать механические колебания очень высокой частоты. А специальный элемент-преобразователь (interdigitated transducer, IDT) даёт возможность увеличить эффективность пьезоэлектрического эффекта. При помощи этих элементов реализована взаимосвязь между радиоволнами и акустическими колебаниями, которые можно использовать в качестве самостоятельных носителей информации или для управления потоком излучаемого устройством света.

Optomechanical design is the key to optical system performances. Satisfying communication between members of the team and awareness of the issues touched on above insures that the optical system actual enclosure is practical, sinewy, and performs to specification. It is a sub-discipline of mechanical engineering where optics such as prisms, lenses, and mirrors are intermixed into mechanical structures like housings, beams, cells, etc. in order to form an optical instrument. The design for a typical optical instrument results basically from the cooperative efforts of a team of designers of lens, optical engineers, and mechanical engineers. They seek and apply the input from experts in concoction, assembly, alignment, and testing as well as from specialists on the light sources, film, detectors, focal plane arrays, electronics, signal processing, and many more that might be used in the instrument.

An optical system functions properly only as when the optics remain within the allowed resilience of the nominal locations, orientations and structural deflections that are caused by the gravity and certain other external forces or by any temperature changes that do not excessively wrench the optical surfaces. Structural designs must be invariable enough to control these effects throughout the operating temperature range. The structure must concuss the optics in such a manner that they do not get damaged or irrevocably moved when exposed to extreme environmental conditions. Temporary deflections of optics and mechanical parts are copacetic during any shock, vibration, or any temperature changes beyond the operating ranges so long as the parts make the cut and come back to their ostensible positions after the exposure.

To minimize the effects of the temperature changes, designers can engineer the structure to be passively ethereal, i.e., insensitive to any changes over full operating temperature range. To maximize performance without excessively tight tolerances on dimensions, one should design a carefully optimized number of mechanical adjustments into the instrument. Secure tolerant budgets after analyzing the sensitivities of eccentricity to component positional errors. Design the structures for maximum possible stiffness within weight and packaging constraints as that tends to reduce the deflections from external forces such as gravity. In addition, also isolate the supported optical components from mechanical resonance effects under vibration conditions.

Researchers in Spain have announced their successful effort to build a silicon 1-D optomechanical crystal so that it allows both phonons and photons to localize in a stable way. This marks an opportunity to study the interaction between electromagnetic radiation and mechanical vibrations of matter with a new level of precision.