Kurzfassung

Welle schaltet Welle: Simulationen und Experimente mit linearen Bauelementen für einen optischen Computer

Adrian Lenkeit, Marvin Lohaus, Max Oehmichen

zur Arbeit

Die optische Datenverarbeitung hat gegenüber der elektronischen Datenverarbeitung viele Vorteile. Sie ermöglicht eine hohe Bandbreite und eine schnellere Übertragungsgeschwindigkeit der Daten. Momentan basiert sie jedoch noch auf nichtlinearen Materialien, die teuer in der Produktion sind und starke Laser zum Arbeiten benötigen. Die nichtlineare optische Datenverarbeitung ist damit äußert kostspielig.

Wir sind jedoch aufgrund unserer Forschungen in der Lage lineare Materialien zu verwenden, welche viel geringere Herstellungskosten aufweisen, keine hohe Intensität benötigen und damit energieeffizienter sind. Die gegenseitige Beeinflussung von Wellen mit Wellen sollte nach dem Superpositionsprinzip eigentlich nicht möglich sein. Mithilfe von stehenden Wellen und unseren linearen Materialien gelingt es uns trotzdem, eine Welle mit einer Welle zu schalten. Um unsere theoretischen Überlegungen zu überprüfen, entwickelten wir neuartige optische Logikgatter, die auf der Basis von Mikrowellen schalten. Diese simulierten wir zuerst mit einem selbst geschriebenen Programm auf Basis der Maxwell-Gleichungen und überprüften sie dann mit Erfolg in mehreren Experimenten.

Die unserem Projekt zugrunde liegende Idee ist leicht zu verstehen. Strahlt man ein Material mit einer elektromagnetischen Welle an, so beeinflusst das Material die ausfallende Welle, z.B. in ihrer Intensität. Strahlt man das Material jedoch mit einer zweiten elektromagnetischen Welle an, sodass es im Knoten der resultierenden stehenden Welle steht, verliert das Material seine Wirkung und beeinflusst die ausfallende Welle nicht mehr. Dieses Verhalten erlaubt den Bau von Logikgattern.

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