Plasmonic -enhed tilbyder bredbåndsmodulation til optiske links ved 100Gbit/s

Dagens samfund vokser i befolkning, og produktiviteten stiller stadig højere krav til Internettet, og uden videnskabelig udvikling til at levere måder, der opfylder vores trafikbehov, det vil begynde at tilstoppe. Kortlægning af fotoner til en metaloverflade og konvertering til en bestemt slags elektronsvingninger, kaldet plasmoner, forskere fra Schweiz, Tyskland og USA samarbejdede om at udvikle en ny måde at formidle information til de lyssignaler, der sendes via Internets optiske fibernet.

Deres arbejde med at udvikle disse bredbåndsplasmoniske modulatorer, der opererer ved en grænse på over 100 Gbit/s for fotoniske enheder for en enkelt operatør, vil blive præsenteret på optisk fiberkommunikationskonference og -udstilling (OFC), afholdt 19-23 marts i Los Angeles, Californien, USA.

Springet fra at sende elektroniske signaler over ledninger til at sende optiske signaler over fibre revolutionerede Internettet, tilbyder betydeligt højere kapacitet og overførselshastigheder. De elektroniske chipavlede signaler fra computere blev kodet til lys som modulationer, som derefter kunne rejse med relativistiske hastigheder hen over optiske fibre.

Vi er nu nået til et punkt, imidlertid, hvor konvertering af de elektriske signaler til optiske kan være en flaskehals til optisk kommunikation.

Indtast:plasmoner. Plasmoner er bølger i det energisk væskelignende "hav" af elektroner på mange ledende metaller, såsom guld. Lidt som krusninger af vand på en dams overflade fra en springende sten, plasmoner bærer energi fra lys, der rammer en overflade som bølger af kollektivt oscillerende elektroner. Under de rigtige betingelser, lys kan ophidse disse mikroskopiske plasmoner og konvertere signalet fra en lysbølge - rent fotonisk i naturen - til en plasmon, der bevæger sig langs overfladen af ​​metal.

"I stedet for at stole på fotonik, vi arbejder nu med plasmonik, "sagde Claudia Hoessbacher hovedforfatter til papiret og medlem af Institute of Electromagnetic Fields ved ETH i Zürich, Schweiz. "Arbejdet blev udløst af at indse, at vi er nået til grænserne for siliciumfotonik. Silicium ville ikke længere give os en højere hastighed, det ville heller ikke tillade os at blive mere kompakte. "

Den nye modulatorenhed har to sæt guldelektrodepar adskilt af en smal slot mindre end hundrede nanometer bred, hundredvis af gange mindre end et menneskehår. Slidserne er fyldt med et organisk elektrooptisk materiale, hvis lysbrydningsegenskaber ændres forudsigeligt i et anvendt elektrisk felt.

Guld er blandt de mest plasmonisk aktive elementer, og disse siliciumfyldte huller fungerer som bølgeledere for plasmoner. Hele arrangementet danner et mikrointerferometer, hvor det resulterende modulerede signal stammer fra kombinationen af ​​signalerne, der bevæger sig gennem hver af de to elektrooptiske materialestier.

Fordi disse plasmoniske komponenter er metalliske, de har den ekstra fordel, at de potentielt fungerer som deres egne elektriske kontakter.

De største fordele ved disse modulatorer, imidlertid, er deres kompakte størrelse og betydeligt brede båndbredde, som tillader en større informationsstrøm ved at understøtte et bredere spektrum af frekvenser. Den store båndbredde skyldes elektronernes næsten øjeblikkelige reaktion på elektromagnetiske felter. Selvom plasmoner ikke rejser lange afstande effektivt, deres kompakte størrelse minimerer denne ulempe.

"I første omgang, vi var bange for, at tabene ville blive for høje, fordi de plasmoniske tab vides at være høje, sagde Leuthold, der leder forskningsinstituttet på ETH. "Vores anden generation af enheden bragte gennembruddet. Vi indså, at ulineariteter var langt højere, end man normalt ville forvente. Takket være disse høje ulineariteter kunne vi fremstille korte enheder, og dermed ville tabene også være tilstrækkeligt lave."

Den lille størrelse af disse nye enheder er ikke helt uden ulemper. De mikroskopiske modulatorers kompakte størrelse betyder også, at de udgør udfordringer i fremstillingen. Til sådanne præcise samlinger, gruppen brugte litografiske teknikker, hvor omhyggeligt eksponerede lysmønstre driver kemiske processer, der efterlader de ønskede elektrodemønstre.

"Når du begynder at arbejde med enheder, der har sub-diffraktionsdimensioner (dvs. langt under bølgelængde), er den ultimative udfordring at mestre fremstillingen, "Leuthold sagde." Vi har brug for litografiske opløsninger i størrelsesordenen 20 til 40 nanometer. "

Ved hjælp af moduleringsformater, der er velkendte for det optiske kommunikationssamfund, forskere testede enhedens respons over et område på 170 GHz. Dette var en så bred vifte af frekvenser, de måtte udtænke fem forskellige opsætninger for at generere alle de testede radiofrekvenssignaler. Ifølge Leuthold, dette arbejde fortsætter i håb om endnu bedre resultater og potentielle applikationer til den næste generation af optiske kommunikationsforbindelser.