Forskere leder efter lysets pauseknap

onsdag 22 feb 06
|

Ambitiøs dansk satsning på stort nanooptisk forskningsprojekt  tegner lovende for IT, kommunikation og radarteknologi.

En radar, der holder øje med med de omkringliggende biler, bliver måske dagligdag for fremtidens bilister. En kompakt og billig fasestyret radar, der uden bevægelige dele scanner omgivelserne, er et af de steder hvor langsomt lys kan finde anvendelse. Mulighederne inden for radar, computere og kommunikation er enorme, hvis det lykkes for forskerne at erstatte de elektroniske signaler med lys.

 

Sådan lyder meldingerne fra folkene bag QUEST, et nyt forskningsprojekt som netop har modtaget 14,7 mio. kr. fra de frie forskningsråd. I tilfældet med den fasestyrede radar går udfordringen ud på, at erstatte radarens indbyggede elektriske for­sinkel­ses­led med langsomt lys i optiske kvantepunktstrukturer. En bil­ligere og mere kompakt optisk komponent vil kunne gøre det muligt at bruge radarer i anvend­elser, der før ikke kunne lade sig gøre. QUEST projektet er et samarbejde mellem Mads Clausen Instituttet, SDU og DTU institutterne; COM•DTU og MIC. En ny miniature radar, baseret på optik frem for elek­tronik, er imidlertid kun en af de sidegevinster, forskningsholdet håber på. Ønskedrømmen handler om at opfinde en såkaldt optisk buffer, der kan lagre optiske signaler uden at gøre dem elektroniske.

 

Drømmekomponenten

Når stadig mere information i form af optiske signaler bliver sendt af sted med op til 40 Gbit/s, så kræver det ekstremt hurtigt elektronisk udstyr. I informationstrafikkens knude­punkter hvor to eller flere signaler mødes, skal man kunne holde enkelte signaler tilba­ge. Her er der behov for at aflæse informationspakken, lagre den i en elektronisk RAM-kreds og genudsende signalet via en laser. Ved så høje informationshastigheder er brug af elektronisk udstyr meget dyrt, og det grænser til hvad der er teknisk muligt. QUEST projektet har valgt at udforske kvante­punkt­­strukturers muligheder.

 

”Med projektet har Danmark valgt ambitiøst at satse på nanooptik for at sikre en førende global position. Projektet skal skabe grund­lag for teknologiske landvindinger ikke bare nu, men også i fremtiden”, siger professor og projektleder Jesper Mørk.

 

Fra forskningslaboratoriet til praktisk anvendelse

Forskningsrådet for Teknologi og Produktion har tildelt pengene på grundlag af resultater, der vakte opsigt allerede i efteråret 2005. Forskerne opdagede, at lyset i en lille optisk komponent under særlige omstændigheder kunne bremses ned til en tredjedel af dets normale hastighed. Resul­taterne blev mødt med international begejstring, fordi de demonstrerer to ting. For det første viste DTU-forskerne, at de kunne lave langsomt lys med en meget høj båndbredde, akkurat som man finder i den virkelige verdens bredbåndsnet. For det andet blev opbrems­ningen foretaget inde i en velkendt, lille og billig optisk komponent. Dermed blev forhåbningen om at langsomt lys kan flyttes ud af forskningslaboratoriet og ind i den praktiske verden forstærket.

 

Fremtidens miniature komponenter

Forskerne vil først bruge kvantepunktstrukturer til at fremstille en optisk kvantepunkt­forstærker og forbedre dens egenskaber. I modsætning til de nuværende fiberforstærkere, så er den nye optiske forstærker baseret på halvlederteknologi og kan derfor nemt indgå i fremtidens integrerede fotoniske chips, hvor flere funktionaliteter kombineres. Brugen af nanoteknologi betyder, at forstærkerens egenskaber kan forbedres væsentligt. Blandt andet kan en højere effekt opnås og komponenten vil virke ved højere båndbredder.

 

”Det er som at gå fra radiorør til transistorer. Vi vil kunne integrere flere funktionaliteter i én komponent, der ikke fylder mere end en brøkdel af en millimeter”, fortæller professor Jesper Mørk.

 

Et forskningsgennembrud

Arbejdet med kvantepunktstrukturer skal også forsyne forskerne med ny basal viden om hvordan lyshastigheden i en bølgeleder lavet af kvantepunkter kan reduceres. Udford­ringen er at kunne ”skrue op og ned” for lysets hastighed inde i en kvantepunktstruktur. Effekten bygger på det fysiske fænomen, der kaldes elektromagnetisk induceret transparens. Det er tidligere kun demonstreret under ekstreme betingelser og i materialer, som ikke er egnet til at produktion af komponenter. Et forskningsgennembrud indenfor dette område vil skabe grundlag for helt nye komponentfunktionaliteter, der vil kunne anvendes indenfor IT, kommunikation, radar og måle- og sensorteknologi. Og så kan fremtidens biler måske undgå sammenstød, hvis de får indbygget en superhurtig radar, som er baseret på lys i stedet for elektronik.

 

Hjemmeside: http://www.dtu.dk/Centre/QUEST

 

class="normal">

 

Fakta om kvantepunktstrukturer og kunstige atomer

Kvantepunktstrukturer er en slags ”kunstige atomer”, fordi de har mange ligheder med almindelige enkeltatomer. Strukturerne består af kvantepunkter, der er nanometer store krystaller. Krystallerne er indlejrede i et andet halvlede­rmateriale, der har større båndgab. Det medfører, at elektronerne fanges i kvantepunkterne og her kan de kun eksistere i ganske bestemte energitilstande. Man kan sige, at elektronerne begrænses i deres udfoldelse. De kan kun ”springe” mellem få mulige energiniveauer på grund af den tre-dimensionale begrænsning af deres bevægelse og den lille udstrækning inde i krystallen.