2007-12-15

光學緩衝?從「光」到「聲音」的雙向資料傳輸

Reversible data transfers from light to sound
http://www.physorg.com/news116777826.html

December 13, 2007

在明日超快光學通訊網路的設計上跨出了一步, Duke 大學的研究團隊展示一種方法,將資訊從一道雷射光束編碼成聲波,然後再一次恢復成光線。

在這類媒介之間交換資料,能在很短的間隔下讓資訊被捕獲與保持。當雷射沿著短短的一股光纖產生交互作用時,所產生的聲音震動讓資料能儲存在口袋裡面,該團隊在 2007 12/14 的 Science 期刊上報告。

Duke 的實驗在電腦網路(那能靠光而非電子跑)的開發上,對付了一種障礙。"這項研究的真正要點是,如何為光脈衝創造一種(暫存)記憶," Duke 的物理學教授 Daniel Gauthier(www.phy.duke.edu/~gauthier/)表示,該研究的通信作者。

目前所使用的電腦操控電子的流動,將資料轉到(shunt)記憶體中。不過光很難辦到這件事。"我們並沒有光的隨機存取記憶體(RAM)能以電子電腦那種方式運作," Gauthier 說。

這種新方法,由 Gauthier 的博士後研究夥伴 Zhaoming Zhu(北京清華大學畢,http://www.blogger.com/www.phy.duke.edu/~zzhu/)所提出,用到一種稱為「刺激布里洛散射(stimulated Brillouin scattering,刺激布里淵散射)」的現象。相對的雷射光束沿著一條光纖通過彼此時會產生一種聽覺震動,稱為 phonons within the glass(玻璃中的聲子)。

"為了有效創造出這樣的聲波,你得要有二種頻率稍微不同的雷射,彼此交互作用," Gauthier 說。

在 Duke 一系列的實驗中,Zhu 發現,如果他將資訊編碼到這些雷射光束上,資料亦會銘印在新創造出來的聲子(phonons)上。這樣的聲子聲音遠高於人耳所能聽到的範圍,Gauthier 說。

Zhu,這篇 Science 報告的第一作者,證明聲子能保留資料達 120 億分之一秒。這些資訊接著能成功地從聲音再度轉換成光線,只要以第三道雷射光束穿越光纖即可。

"雖然以人類標準來說很短暫,不過 120 億分之一秒在光學資料傳輸的時間尺度上,算長的了," 共同作者 Robert Boyd(http://www.optics.rochester.edu/~boyd/)表示,Rochester 大學光學研究所的光學與物理學教授。

在 Zhu 進行這項實驗時,Gauthier 與 Boyd 檢視這些發現底下的理論基礎。這項研究由 DARPA 防衛科學辦公室的 Slow-Light 計畫贊助。

這種新方法能在室溫下運作,而且所使用的光波長也與現今在電信上所使用的光纖相容,這讓它比其他操縱光線的競爭技術還要有更多優勢。

在此方法運用到光學運算之前,還有許多研究需要完成,Gauthier 承認。首先,用在白光、紅光脈衝的電力需要 100 W,"對於任何類型的電信應用來說太高了," 他說。

"另一個問題是,我們只貯存資料約 10 奈秒," Gauthier 補充道。"如此短暫的時間,或許只有少數應用能 OK。不過,對於許多應用來說,你會想要讓它能夠貯存數秒鐘。"

在他們的報告鐘,作者建議其他種類的光纖材料或能產生更好的結果。

"我希望世界各地其他科學家能夠基於我們的研究想出新的點子," Gauthier 說。"Duke 團隊當然也會以我們自己的構想推動這個先進領域。"

※ 電影「第三類接觸/Close Encounters of the Third Kind」中可不是玩假的... XD

* Stored Light in an Optical Fiber via Stimulated Brillouin Scattering
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/318/5857/1748

Zhaoming Zhu, Daniel J. Gauthier, Robert W. Boyd
Science 14 December 2007: Vol. 318. no. 5857, pp. 1748 - 1750
DOI: 10.1126/science.1149066
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