Một nhóm các nhà nghiên cứu vật lý người Mĩ tại Duke University và University of Rochester đã nghiên cứu thành công trong phòng thí nghiệm một phương pháp cho phép “lưu giữ” tín hiệu ánh sáng dưới dạng sóng âm nhờ áp dụng hiệu ứng tán xạ Brillouin cưỡng bức (Stimulated Brillouin Scattering - SBS) trong sợi quang. Đây quả là một thành công đáng mừng đối với công nghệ sản xuất bộ nhớ toàn quang cho hệ thống viễn thông tương lai.
Tại sao cần bộ nhớ toàn quang?
Ngày nay, một điều không thể phủ nhận là hầu hết toàn bộ dữ liệu thông tin trong hệ thống viễn thông hiện đại được truyền tải bằng các hệ thống thông tin quang học mà ở đó tín hiệu cần truyền tải được mã hóa thành các gói tín hiệu ánh sáng và được truyền đi trên các sợi quang.
Trong trường hợp lưu lượng dữ liệu truyền tải quá lớn, tại một vài nút mạng sẽ có hiện tượng có hai gói tín hiệu ánh sáng đến cùng một lúc. Khi đó, một gói dữ liệu sẽ được xử lý trước và gói dữ liệu còn lại phải được lưu giữ tạm thời ở nút mạng đó để xử lý sau. Điều này có thể thực hiện được bằng cách chuyển đổi gói dữ liệu cần lưu giữ từ dạng tín hiệu quang thành dạng tín hiệu điện và lưu giữ trên các bộ nhớ điện tử sau đó gói dữ liệu này sẽ được chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu quang và tiếp tục được xử lý, truyền tải đi. Tuy nhiên, giải pháp này có nhược điểm là quá trình chuyển đổi quang-điện và điện-quang cần một khoảng thời gian đáp ứng nhất định và tạo ra một nhiệt lượng đáng kể. Vì vậy, các nhà khoa học ứng dụng luôn tìm kiếm các giải pháp để có thể lưu giữ được tín hiệu ánh sáng mà không cần đến các quá trình chuyển đổi quang-điện, điện-quang. Đó là các giải pháp để có được các bộ nhớ toàn quang.
Lưu giữ tín hiệu quang nhờ hiệu ứng phi tuyến SBS
Dan Gauthier và các đồng nghiệp của mình tại Duke University và University of Rochester đã tiến hành các nghiên cứu về giải pháp lưu giữ tín hiệu toàn quang và đưa ra kết quả nghiên cứu mới nhất của mình trên tạp chí Science số ra tháng 12/2007 (Vol. 318, p.1748).
Kết quả nghiên cứu cho thấy, bằng việc đưa một xung tín hiệu laser 'ghi' có năng lượng lớn và có bước sóng dài hơn một khoảng tương đương 9,6 GHz so với bước sóng của dữ liệu quang cần lưu giữ vào trong một đoạn sợi quang có đặc tính phi tuyến cao, tín hiệu laser 'ghi' sẽ tương tác với dữ liệu (được truyền ngược chiều với tín hiệu 'ghi') và lưu lại 'dấu ấn' của dữ liệu dưới dạng các sóng âm nhờ hiệu ứng SBS. Hầu như toàn bộ năng lượng của dữ liệu đều được chuyển thành sóng âm trong quá trình này và nó được 'giữ lại' trong sợi quang cho đến khi gặp được tín hiệu laser 'đọc'. Xung tín hiệu laser 'đọc' có bước sóng quang giống như tín hiệu laser 'ghi' và được truyền vào trong đoạn sợi quang phi tuyến cùng chiều với tín hiệu 'ghi'. Khi tín hiệu 'đọc' tương tác với sóng âm, nó sẽ khởi tạo trở lại dữ liệu quang có bước sóng, dạng xung và chiều truyền giống như dữ liệu quang ban đầu.
Như vậy, bằng việc điều chỉnh khoảng thời gian giữa hai xung laser 'ghi' và 'đọc', Gauthier và các đồng nghiệp đã có thể điều khiển được khoảng thời gian lưu giữ dữ liệu trong sợi quang. Thời gian lưu trữ tối đa của nhóm nghiên cứu đạt được trong thí nghiệm của mình là 12 nano-giây (1 nano-giây tương đương 10 mũ -12 giây).
Đánh giá kĩ thuật
Trả lời với Physicsworld về thành công này, Gauthier cho biết phương pháp này của nhóm nghiên cứu có nhiều điểm khác biệt nổi trội hơn so với một vài phương pháp lưu trữ toàn quang khác đang được tiến hành nghiên cứu song song như môi trường hoạt động ở nhiệt độ thường và khả năng linh hoạt trong việc lựa chọn bước sóng hoạt động của dữ liệu.
Tuy nhiên, Gauthier cũng cho rằng để áp dụng kĩ thuật này vào các thiết bị thực tế thì cần có thêm những phát triển tối ưu hơn nữa. Hiện tại nhóm nghiên cứu của ông đang tiến hành các thử nghiệm hướng tới việc lưu trữ các gói dữ liệu dài hơn trong khi sử dụng ít năng lượng của laser 'đọc' và 'ghi' hơn.
Gauthier tin tưởng rằng điều này sẽ đạt được bằng các loại vật liệu có tính chất quang và tính chất âm phù hợp.
Và chúng ta cũng chúc cho nhóm nghiên cứu có thể đạt được những thành công tiếp theo.
Thành Việt (tổng hợp từ Sciencedaily, Physicsworld, Fibersystems và Science)
Bình luận
Nói thế thôi, công nghệ của tương lai là tương lai gì? Sóng âm thì lưu tín hiệu được ở tốc độ bao nhiêu? Chắc tác giả chưa đề cập đến vấn đề này vì đây mới chỉ là một thí nghiệm của khoa học cơ bản.
Chính vì yêu cầu kĩ thuật quang phức tạp của SBS như : công suất laser lớn, và đặc biệt là điều kiện đồng pha (optical phase conjugation), nên SBS có độ nhạy rất cao đối với sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất môi trường. Chính vì thế mà SBS được nghiên cứu và phát triển nhiều cho sensor quang sợi để đo hai yếu tố này.
Chưa tính đến khả năng áp dụng cho viễn thông, cái mà vẫn còn rất xa vời, họ lưu được sóng âm trên sợi quang trong vòng 12 nano giây đã là một thành công lớn!
Bên optics.org http://bit.ly/9RYFxA mô tả rõ hơn một chút về kết quả : (lười dịch) :p
[quote][b]
Read and write pulses[/b]
The researchers achieved this by sending two consecutive 2 ns laser "data" pulses into one end of a glass fiber, while a 1.5 ns "write" laser pulse is sent into the other end. When the data and write pulses collide within the fiber they interfere with each other, which causes the data pulses to transfer nearly all of their energy to the fiber in the form of acoustic waves – a process called stimulated Brillouin scattering.
A few nanoseconds later, a 1.5 ns "read" pulse is fired through the fiber in the same direction as the write pulse. This scatters from the acoustic waves, creating two light pulses that propagate back in the same direction as the original data pulses. Significantly, these pulses have approximately the same width and spacing as the original data pulses.
By varying the delay between the write and read pulses, Gauthier and colleagues were able to "store" data pulses in the fiber for up to 12 ns. [/quote]
Bình luận trên hơi thiếu tính lạc quan! (tại có mấy tiết học về sensor thấy hấp đẫn nên giờ bị ám ảnh :p.) Hiện tượng tán xạ Brillouin cưỡng bức có rất nhiều ứng dụng trong viễn thông quang như : khuyếch đại, chuyển đổi bước sóng, bộ lọc quang,... Đọc bài của optics.org thấy kết quả này ko đến nỗi xa vời lắm, nhưng nói cho cùng, để đạt đến ứng dụng thì vẫn còn dài.
Thực ra, trước khi quyết định viết bài tổng hợp này, tác giả đã xem bản gốc của bài báo khoa học đăng trên tạp chí Science rồi mới xem qua các bài báo giới thiệu khác. Từ đó mới quyết định viết tin bài sao cho dễ hiểu nhất đối với người đọc (đây là một điều khó đạt được vì nếu viết sâu về chi tiết kĩ thuật quá thì sẽ gây khó cho người đọc, còn nếu không có các thông tin kĩ hơn thì bài đưa tin sẽ trở nên hời hợt)
Mục đích viết bài tổng hợp này chỉ đơn giản để cung cấp cho độc giả những thông tin cập nhật trong lĩnh vực xử lý tín hiệu toàn quang, một xu thế tất yếu trong thông tin quang tốc độ cao hiện đại. Bản thân lĩnh vực xử lý tín hiệu toàn quang là rất rộng như khuếch đại, tái tạo tín hiệu, chuyển đổi bước sóng, chuyển đổi mă quang, bộ nhớ quang ... và trong mỗi một lĩnh vực nhỏ lại có rất nhiều nghiên cứu và các thành công ở mỗi mức độ.
Trong một chừng mực có hạn về mục đích bài viết và sự khởi đầu cho việc cung cấp thông tin thì tạm thời bài báo không thể đưa hết các vấn đề,
(chứ không phải là lười dịch nhé, 
)
Chẳng hạn như về hiện tượng SBS cũng như các nghiên cứu về ứng dụng hiện tượng này trong optics cũng là một chủ đề rất rộng và có thể sẽ được bàn luận đến sau. Việc bàn luận sâu hơn về một vấn đề sẽ phù hợp ở chuyên mục "chuyên đề".
Regards
8) Bác hiểu nhầm ý em về chữ "lười dịch" rồi! Em muốn nói là mình lười dịch nên quote luôn bằng tiếng anh trong comment của em mà! Khi nào thì TTCN có mục chuyên đề nhỉ
Hic, đúng là hiểu nhầm thật. ;D
Phải xin lỗi kiểu Nhật mới được : ikan ni omoi masu!
Nhưng mà cũng phải thanh minh một chút để nhỡ có độc giả nào đó thắc mắc sao không viết chi tiết hơn hoặc giảm bớt hơn về một số vấn đề kĩ thuật ấy mà.
Bên "Tạp chí Viễn thông" đã có mục chuyên đề rồi, nếu như TTCN cũng có mục chuyên đề thì cũng hay. Nhưng biết đặt vào mục nào được?? Hay là cũng có mục chuyên đề nhưng ý nghĩa là giúp người đọc có cái nhìn tổng thể toàn bộ các bài báo theo chuyên đề nhỏ (kiểu như 'thiết bị mới', 'hướng dẫn, lời khuyên', 'các bài nhận định', 'các con số tổng kết, thống kê'... nhi?).
