На головну | Пишіть нам | Пошук по сайту тел (063) 620-06-88 (інші) Укр | Рус | Eng   
Прибутки від використання патентів у світі зросли від 3 млрд дол. у 1982 році до 120 млрд дол. у 2003 році
  новини  ·  статті  ·  послуги  ·  інформація  ·  питання-відповіді  ·  про Ващука Я.П.  ·  контакти за сайт: 
×
Якщо ви помітили помилку чи похибку, позначте мишкою текст, що включає
помилку (все або частину речення/абзацу), і натисніть Ctrl+Enter, щоб повідомити нам.
×

Огляд інноваційних тенденцій в області оптичних пристроїв - накопичувачiв цифрової інформації та їх логічного продовження - пристроїв оптичної пам'яті

2012-03-11
Андрій (Гавріель) Лівшиць

Останнім часом цій тематиці приділяється досить багато уваги;
Це дуже просто простежити за науковими публікаціями;
Так, група японських фізиків створила працездатну оптичну пам'ять з рекордно низьким споживанням енергії. Стаття вчених з'явилася в журналі Nature Photonics.

Створення комп'ютера, який використовував би замість електричних імпульсів оптичні сигнали, - так званого оптичного комп'ютера - є сферою, де ведуться активні дослідження (недавно, наприклад, був вперше створений пасивний оптичний діод). В рамках нової роботи вчені займалися створенням оптичної пам'яті.
Фізично пам'ять є фотонний кристал, тобто тіло, в якому коефіцієнт заломлення змінюється періодично.

У роботі використовувалися кристали зі сплаву індію та фосфору з порожниною, всередині якої розташовувалася частка кристала з додаванням галію і миш'яку. Частка являє собою один біт пам'яті, у той час як навколишній кристал служить світловодом і теплоотводом.

Всього ученим вдалося отримати чотири біта пам'яті. Як показали тести, такий біт здатний зберігати дані без підзарядки протягом близько 10 секунд (у колишніх системах цей показник становив приблизно 250 наносекунд).
Крім цього отримана пам'ять споживає близько 25 нановат, що на кілька порядків менше показників аналогічних пристроїв.

Головним недоліком нової пам'яті є відносно великий час запису.
Пошук в цьому напрямку продовжується і ось не змусило себе чекати нове повідомлення:
... Учені й університет Пердью створили пасивний оптичний діод на основі кремнію. Про це повідомляє Discovery News. Стаття вчених з'явилася в журналі Science.
Діод являє собою пару кремнієвих кілець на підкладці з діоксиду кремнію. Лінійні розміри пристрою - близько десяти мікрометрів.
Діод працює таким чином, що пропускає інфрачервоні фотони в одну сторону, але не пропускає їх у протилежну. За словами вчених, їх пристрій можна зробити набагато менше, ніж воно зараз, що буде помітно сприяти мініатюризації.
За словами вчених, створений ними діод відноситься до класу пасивних пристроїв, тобто не здатний змінювати властивості під впливом будь-якого сигналу. Разом з тим, за твердженням вчених, незважаючи на серйозне використання нелінійних ефектів в конструкції, запропоновані ними пристрою можна виробляти на існуючому обладнанні.
В даний час ведуться активні розробки зі створення комп'ютерів, які використовували б в роботі фотони замість електронів. Вважається, що подібні пристрої не тільки будуть менше і швидше існуючих, але і дозволять позбавитися від необхідності конвертації оптичного сигналу в електричний і навпаки (саме це зараз і відбувається через широке поширення оптоволоконного зв'язку).

У серпні 2011 року вчені з Каліфорнійського університету оголосили про те, що їм вдалося створити оптичний діод на основі лінійних матеріалів, тобто без використання складних оптичних ефектів.
Також в 2009 році в Nature з'явилася робота, автори якої описали мікрохвильовий діод на основі наноштирі.

Крім того, фізики створили мікрохвильовий діод - пристрій здатне пропускати електромагнітне випромінювання мікрохвильового спектра тільки в одному напрямку, повідомляє New Scientist. Стаття вчених вийшла в журналі Nature.
В рамках роботи дослідників цікавило проходження мікрохвиль через ліс напівпровідникових наноштирі.

Ліс був фотонний кристал - матеріал, що володіє забороненою зоною частот (по аналогії із забороненою зоною для напівпровідників). Якщо на подібний кристал падає фотон із забороненою частотою, то він відбивається від поверхні.
Нанолес був поміщений в сильне магнітне поле. В результаті з'ясувалося, що при русі в одному напрямку взаємодію хвиль з кристалом призводить до їх погашення. При цьому в протилежному напрямку хвилі рухаються досить вільно.

За словами дослідників, нова технологія теоретично дозволить створити комп'ютери, в яких переносниками інформації будуть виступати фотони.
Це дозволить значно прискорити роботу обчислювальних машин. Крім того вчені планують удосконалити свій діод, щоб той годився для роботи в оптичному діапазоні.
Але проблеми з нагріванням і непропорційними втратами енергії на нагрів продовжують заважати розробникам і ось, як на замовлення, зовсім недавно японським ученим вдалося створити тепловий діод - пристрій, здатний пропускати тепло тільки в одному напрямку.
За словами дослідників, нові пристрої можуть знайти широке застосування, наприклад, для створення охолоджуючих систем для процесорів.

Фізики також створили й акустичний діод - пристрій, здатний пропускати акустичні хвилі тільки в одному напрямку.
Діод був реалізований поки тільки в теорії - практичних випробувань дослідники не проводили. Стаття фізиків з'явиться в журналі Physical Review Letters, а її короткий виклад наводить видання Physical Review Focus.
Передбачається, що новий пристрій буде складатися з двох шарів. Перший являє собою так званий "акустично нелінійний" матеріал. Поширюючись, звукова хвиля створює перепади в тиску, а в подібному матеріалі розподіл тиску визначає швидкість поширення звукових хвиль.

Проходячи через "акустично нелінійний" матеріал, хвиля створює так звані вторинні коливання, серед яких є хвилі з подвійною відносно початкової частотою.
Другий шар в діоді, в свою чергу, виконаний з матеріалу, який дозволяє проходити тільки цим самим хвилях з подвоєною частотою.
Схема роботи пристрою наступна. Хвилі, що випускаються джерелом, спочатку потрапляють в "акустично нелінійну" середовище, в результаті чого виникають вторинні коливання з подвоєною частотою.

Все окрім останніх блокуються фільтруючим шаром. З іншого боку хвилі, що йдуть до джерела (тобто у зворотному напрямку) також затримуються фільтром.
Підбираючи параметри матеріалів особливим чином, фізики добилися того, що кількість енергії, переносний в напрямку від джерела, приблизно в 100 000 разів перевершує кількість енергії, повертається до джерела.

У нового пристрою є кілька основних недоліків.
По-перше, воно працює тільки для досить вузького діапазону частот.
По-друге, частота на виході пристрою в два рази відрізняється від частоти на вході.
По-третє, хвилі з подвоєною частотою можуть проходити як в прямому, так і в зворотному напрямку.
Нарешті, останній недолік - відсутність практичних випробувань нової концепції.
За словами дослідників, подібні пристрої будуть вкрай затребувані. Наприклад, в медицині використовуються ультразвукові апарати. При цьому саме джерело ультразвуку в подібному пристрої виявляється не захищений від повертаються хвиль, які здатні вносити обурення в його роботу.

Наявність пристрою з односторонньою пропускає здатністю дозволить вирішити цю проблему.
І тут доречно згадати про абсолютно реальних розробках оптичних систем, які можуть накопичити величезну кількість інформації у випадку, якщо їх виконати багатошаровими
Багато в чому реальність побудови таких оптічечскіх тіл, виконаних у вигляді дисків відноситься і залежить від відповідності технологічним аспектам можливого побудови такого багатошарового диска за допомогою методу послідовної пошарової полімеризації

Ось ці міркування:
1. Такт роботи технологічної лінії. Тривалість технологічних переходів.

  • Транспортування заготовки диска з попередньою робочої позиції на наступну робочу позицію; тривалість переходу-3 секунди;
  • Установка, притиск до робочого столу позиції, - 1 секунда; пауза-2 секунди, в перебігу якої всі елементи позиції наводяться в робоче положення;
  • Нанесення рідкого агента-загальний час складає 3 секунди, з них настановні переміщення многофакельной форсунки становить-2 секунди; нанесення триває 1 секунду; видалення многофакельной форсунки з робочого простору вимагає-2 секунди; на обдув гарячим газом потрібно 1 секунда;
  • Процес полімеризації вимагає загальний час в 6 секунд, з них на підведення випромінюючого екрану необхідно-2 секунди; безпосередньо на термообробку необхідно-2 секунди; на видалення випромінюючого екрану потрібно 2 секунди;
  • Нанесення маркованих символів-загальний час становить -6 секунд, з них на підвід, орієнтацію і вакуумний притиск маски потрібно -2 секунди;

на експонування потрібно-2 секунди; на видалення маски з робочого об'єму робочої позиції потрібно-2 секунди;

З вищевикладеного видно, що робочий цикл (такт) технологічної лінії повинен бути рівним 3 секундам; для переходів тривалістю операції в 6 секунд, в лінії повинні бути передбачені дві паралельні робочі позиції.

2. До питання про товщину шару (шарів) оптичного матеріалу, вирощеного за один повний технологічний цикл.

  • За один технологічний цикл необхідно нанести три оптичних шару; один з цих верств, який розташовується між двома іншими верствами - повинен бути виконаний з светочуствітельний матеріалу і його товщина повинна бути в межах 0,002 мм; обмежують його з двох сторін шари з оптично прозорого матеріалу повинні мати кожен товщину в 0,005 мм; загальна товщина зазначеної конструкції з трьох шарів становить - 0,012 мм;

Перша перевага пропонованої технології полягає в тому, що зазначені товщини можуть, у разі необхідності, бути змінені, без будь-яких змін в конструкції і компановке технологічного устаткування і при використанні того ж інструменту і пристроїв;
Друга перевага полягає в тому, що навіть в межах одного диска можна змінювати товщину шарів або груп шарів з урахуванням різних додаткових умов і вимог; система сполучень товщин шарів може, наприклад, дозволити ввести особливий об'ємний геометричний код для захисту інформації, розміщеної у диску.

3. До питання про точність і геометричних пропорціях між елементами і поверхнями дисків, виготовлених за пропонованою технологією.

  • Йдеться про систему взаємопов'язаних розмірних параметрів і їх граничних відхилень, їх взаємному впливу і ступеня впливу на інші розмірні параметри дисків; при виготовленні багатошарового диска за пропонованою технологією усереднена точність всіх його елементів, залежить від наступних умов:

а) точність установки на стіл робочої позиції;
б) точність орієнтації диска відносно осі столу робочої позиції;
в) співвідношення точності виготовлення і збірки столу та інших елементів робочої позиції;
г) точність вагових і об'ємних параметрів дози матеріалу, який наноситься на поверхню диска;
д) рівномірність у розподілі матеріалу по поверхні диска;
ж) рівномірність залежності від різних видів впливу на диск і його елементи, в процесі виготовлення, віднесена як до лінійних так і до об'ємних параметрах (включаючи і температурні варіанти впливу);
з) точність і гомогенність хімічного складу використовуваних матеріалів;
и) точність дозування матеріалів і точність співвідношення (вагова і об'ємна) при розчиненні легуючих добавок у базових матеріалах;
к) точність дозування і розчинення каталізаторів в базових матеріалах;

4. Необхідна додаткова інформація

  • Порівняльна характеристика між контактної маскою і проекційної маскою. Контактна маска в застосуванні до техніки і технології послідовного пошарового вирощування оптичного тіла диска має такі переваги перед проекційною маскою:

а) її використання не вимагає застосування складних оптичних проекційних систем;
б) її використання не вимагає високої точності позиціонування від вузлів устаткування;
в) вартість виготовлення контактної маски істотно нижче;
г) витрати на експлуатацію контактної маски істотно нижче;
д) необхідна точність виготовлення контактної маски істотно нижче;
е) механічна міцність і зносостійкість контактної маски істотно вище;
ж) контактна маска при притиску до диска виправляє його геометрію;
з) при використанні контактної маски немає необхідності в складній коригуванні координат маски і диска в процесі їх ідентифікації і взаємної орієнтації;
і) завдяки використанню металопокриттів термін життя маски достатньо великий, що визначає більш ефективне використання коштів, витрачених на її виготовлення;
к) завдяки тому, що контактна маска має поліровану контактну поверхню на якій нанесено металеве покриття, адгезія з полімерним шаром має дуже низький рівень;
л) контактна маска має більш високу робочу точність, так як при її вакуумному притиску до диска, виключається повітряний зазор

корисний матеріал? Натисніть:




2020-11-20
Жива вода
інші статті...
© Ярослав Ващук, 2003-2011
при використанні будь-яких матеріалів сайту посилання на джерело обов'язкове
[pageinfo]
сайты Хмельницкого bigmir)net TOP 100