Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Elektronik

Integreret modulator er nu bedre end nogensinde, fremstillet af de bedste optiske materialer

Konventionelle lithiumniobatmodulatorer [til højre] er rygraden i moderne telekommunikation, konvertering af elektroniske data til optisk information i fiberoptiske kabler, men er omfangsrige, dyrt og strømhungrende. Denne integrerede, on-chip modulator [center] er 100 gange mindre og 20 gange mere effektiv. Kredit:Harvard SEAS

Konventionelle lithiumniobitmodulatorer, den mangeårige arbejdshest i den optoelektroniske industri, kan snart gå vejen til vakuumrøret og diskette. Forskere fra Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences har udviklet en ny metode til at fremstille og designe integreret, on-chip modulatorer 100 gange mindre og 20 gange mere effektive end nuværende lithium niobit (LN) modulatorer.

Forskningen er beskrevet i Natur .

"Denne forskning demonstrerer et grundlæggende teknologisk gennembrud inden for integreret fotonik, "sagde Marko Loncar, Tiantsai Lin -professor i elektroteknik ved SEAS og seniorforfatter af papiret. "Vores platform kan føre til storstilet, meget hurtige og ultra-lave tab fotoniske kredsløb, muliggør en lang række applikationer til fremtidig kvante- og klassisk fotonisk kommunikation og beregning. "

Harvards Office of Technology Development (OTD) har arbejdet tæt sammen med Loncar Lab om dannelsen af ​​et opstartsfirma, HyperLight, der har til hensigt at kommercialisere en portefølje af grundlæggende intellektuel ejendomsret i forbindelse med denne forskning. Forberedelse af teknologien til lanceringen af ​​HyperLight er blevet hjulpet af finansiering fra OTD's Physical Sciences &Engineering Accelerator, som giver translationel finansiering til forskningsprojekter, der viser potentiale for betydelig kommerciel indvirkning.

Litiumniobatmodulatorer er rygraden i moderne telekommunikation, konvertering af elektroniske data til optisk information i fiberoptiske kabler. Imidlertid, konventionelle LN -modulatorer er omfangsrige, dyrt og strømhungrende. Disse modulatorer kræver en drivspænding på 3 til 5 volt, betydeligt højere end det, der leveres af typiske CMOS -kredsløb, som giver omkring 1 volt. Som resultat, adskille, strømforbrugende forstærkere er nødvendige for at drive modulatorerne, stærkt begrænsende optoelektronisk integration i chipskala.

Fiberoptiske netværk, rygraden i internettet, stole på high-fidelity informationskonvertering fra elektrisk til det optiske domæne. Forskerne kombinerede det bedste optiske materiale med innovative nanofabrikations- og designmetoder, at indse, energieffektiv, høj hastighed, lavt tab, elektrooptiske omformere til kvante- og klassisk kommunikation. Kredit:Second Bay Studios/Harvard SEAS

"Vi viser, at ved at integrere lithiumniobat på en lille chip, drevspændingen kan reduceres til et CMOS-kompatibelt niveau, "sagde Cheng Wang, medforfatter af papiret, tidligere ph.d. studerende og postdoktor ved SEAS, og i øjeblikket adjunkt ved City University of Hong Kong. "Bemærkelsesværdigt, disse små modulatorer kan også understøtte dataoverførselshastigheder på op til 210 Gbit/s. Det er ligesom Antman - mindre, hurtigere og bedre. "

"Højt integrerede, men alligevel højtydende optiske modulatorer er meget vigtige for en tættere integration af optik og digital elektronik, baner vejen mod fremtidige fiber-i-fiber-ud opto-elektroniske behandlingsmotorer, sagde Peter Winzer, Direktør for Optical Transmission Research hos Nokia Bell Labs, den industrielle partner i dette projekt, og medforfatter af papiret. "Vi ser denne nye modulator -teknologi som en lovende kandidat til sådanne løsninger."

Litiumniobit betragtes af mange på området som svært at arbejde med i små skalaer, en forhindring, der hidtil har udelukket praktisk integreret, on-chip applikationer. I tidligere undersøgelser, Loncar og hans team demonstrerede en teknik til at fremstille højtydende litiumniobatmikrostrukturer ved hjælp af standard plasmaætsning til fysisk at forme mikroresonatorer i tynde lithiumniobatfilm.

Ved at kombinere denne teknik med specialdesignede elektriske komponenter, forskerne kan nu designe og fremstille en integreret, højtydende on-chip-modulator.

"Tidligere har hvis du ville gøre modulatorer mindre og mere integreret, du var nødt til at gå på kompromis med deres præstationer, "sagde Mian Zhang, en postdoktor ved SEAS og medforfatter af forskningen. "For eksempel, eksisterende integrerede modulatorer kan let miste størstedelen af ​​lyset, når det formerer sig på chippen. I modsætning, vi har reduceret tab med mere end en størrelsesorden. I det væsentlige, vi kan styre lyset uden at miste det. "

"Fordi en modulator er en så grundlæggende komponent i kommunikationsteknologi - med en rolle, der svarer til en transistor inden for beregningsteknologi - er applikationerne enorme, "sagde Zhang." Det faktum, at disse modulatorer kan integreres med andre komponenter på den samme platform, kunne give praktiske løsninger til næste generations langdistanceoptiske netværk, datacenter optiske sammenkoblinger, trådløs kommunikation, radar, sansning og så videre. "