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研究人员开发出可以吸收热量的超快聚合物调节剂

数据中心可以从降低的冷却成本中受益,这在一定程度上是由于日本研究人员使用即使在沸水温度下也能保持稳定的聚合物开发的超快速电光调制器。

在杂志报道自然通信中,与硅聚合物混合调制器可在高达110℃每秒传输数据的200兆位和可以使该都是极其快速和可靠的在高温下的光学数据互连,降低了对冷却的需要和在屋顶和汽车等恶劣环境中扩展应用。

近年来,对诸如高清媒体流的高速数据传输的需求激增,并且光通信对于许多必要的数据连接至关重要。关键组件是调制器,它将数据放在通过电光材料的光束上,该电光材料可以响应电场而改变其光学特性。

当前,大多数调制器使用无机半导体或晶体作为电光材料,但是有机基聚合物的优势在于,它们可以低成本制造并具有出色的电光特性,并且可以在低电压下工作。

九州大学材料化学与工程研究所教授,这项研究合作的负责人横山Shiyoshi Yokoyama解释说:“聚合物在调节剂中具有巨大的应用潜力,但是对于许多工业应用而言,仍然需要克服可靠性问题。”

一个挑战是,必须通过称为极化的过程来组织聚合物层中的部分分子,以获得良好的电光性能,但是当层变得足够温暖以开始软化时,这种组织可能会丢失(这一点称为“极化”)。玻璃化转变温度。

但是,如果调制器和其他组件即使在高温下也能快速可靠地运行,则数据中心可能会变暖,从而降低了能源消耗-据估计,目前其中近40%用于冷却。

该研究小组采用他们设计的聚合物,通过引入适当的化学基团来表现出出色的光电性能和172°C的高玻璃化转变温度,从而在高温下基于硅聚合物混合调制器实现了超快信号传输Mach-Zehnder干涉仪配置,它对温度变化的敏感度低于其他一些架构。

在由包括聚合物和硅的多层组成的调制器中,入射的激光束被分成两个等长的臂。在一个臂中的整个电光聚合物上施加电场会改变光学特性,从而使光波略微偏移。当两个臂放在一起时,修改和未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,从而将数据编码为光。

使用仅具有开和关状态的简单数据信令方案,可以实现超过100 Gbit / s的速率,而使用四个信号电平的更复杂的方法可以实现200 Gbit / s的速率。

即使将器件在25°C至110°C的温度范围内操作,以及将器件在90°C的温度下加热100小时后,该性能仍可忽略不计,这证明了调制器在超宽范围内的坚固性和稳定性温度。

横山说:“即使温度波动至110°C,仍能保持稳定的运行。” “这个温度范围意味着即使在高于正常温度的情况下,也可以在数据中心等受控环境中运行,并且在许多恶劣的环境中,温度不能得到很好的控制也是可能的。”

当前的设备是毫米大小的,与其他设计相比,它们相对较大,但是研究人员正在研究进一步减小占位面积的方法,以便在小面积内集成这种调制器的密集阵列。

横山说:“这种性能表明聚合物对于未来的电信技术是多么有前途。”

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