Forskning vækker håb om erbium-baseret integreret fotonisk enhed

En Arizona State University-forsker har gjort endnu et gennembrud ved hjælp af det sjældne jordartsmetal erbium som forstærkningsmateriale for en optisk forstærker, denne gang med en præstation, der gør det muligt for første gang at bruge den med små chip optiske teknologier. Opdagelsen opnår et årtier langt mål inden for fotonisk integration, hvor forskellige små optiske komponenter er tæt kombineret for bedre ydeevne og let fremstilling.

Detaljer om den nye optiske forstærkning, "Kæmpe optisk forstærkning i en enkeltkrystal erbiumchloridsilikat nanotråd, "blev offentliggjort i juli -udgaven af Natur fotonik .

Cun-Zheng Ning, en professor i elektroteknik i ASU, og Hao Sun fra Kinas Tsinghua University, og deres teams er lykkedes med at øge erbiums optiske gevinst fra det typiske lave niveau på et par dB til over 100 dB per centimeter udbredelse. Den betydelige stigning i optisk forstærkning vil gøre det muligt for erbium-baserede materialer at blive integreret på en chip til optiske forstærkere og lasere.

I 2011, Ning ledede et team, der opdagede det særlige erbiumsilicatsalt, udviklet som en nanotråd med en slankere profil, kunne være en glimrende kandidat som fotonisk forstærkningsmateriale - det giver ingeniører mulighed for at pakke op til 1, 000 gange mere erbium i optiske forstærkere, lasere, kvanteinformationsenheder, afbrydere og solceller.

Erbium er vigtigt for mange applikationer, især som en optisk forstærker begravet sammen med optiske fibre til kommunikation på tværs og mellem kontinenter. Den erbium-dopede forstærker er en uerstattelig teknologi i et sådant langdistancekommunikationssystem.

Forskere og ingeniører har forsøgt at gentage succesen med signalforstærkning med erbium på mindre platform, såsom på en lille chip i et integreret fotonisk system. Nings nye forskning løser problemet med, at mængden af ​​amplifikation i en typisk erbium-dopet fiber er for lille, og den nødvendige længde er for lang, til chip-skala integration.

Selvom det tog flere år siden opdagelsen af ​​erbium nanowire -teknologien, Ning, Sun og deres team var i stand til at udføre et delikat eksperiment på en enkelt nanotråd, der afslørede den iboende absorptionskoefficient. Denne proces gjorde det muligt at måle materialernes absorption for første gang nøjagtigt, og efterfølgende fastslå den ekstremt høje optiske forstærkning, omkring to størrelsesordener højere end tidligere rapporterede erbium -materialer.

"Vi er glade for, at vi endelig kunne fastslå den store optiske forstærkning, vi havde forudsagt i årevis baseret på andre målinger, vi har foretaget, "sagde Ning." Baseret på denne nye single-crystal nanotrådteknologi, vores næste mål er at integrere flere enheder på en siliciumplatform til integrerede fotoniske kredsløb. "

"Det næste trin er at demonstrere en faktisk optisk enhed, såsom en optisk forstærker eller en laser baseret på den etablerede høje optiske forstærkning, "sagde Sun.