Optoelektronik uden glas

Forskere ved ETH Zürich har udviklet den første opto-elektroniske kredsløbskomponent, der fungerer uden glas og i stedet er lavet af metal. Komponenten, kaldet en modulator, konverterer elektriske datasignaler til optiske signaler. Det er mindre og hurtigere end nuværende modulatorer, og meget nemmere og billigere at lave.

Optiske komponenter til mikroelektronik skal være af glas. Metaller er ikke egnede til dette formål, da optiske data kun kan forplante sig over en afstand på 100 mikrometer. Dette var den generelle opfattelse af videnskabsmænd indtil for nylig. Et team af forskere ledet af Juerg Leuthold, professor ved Institut for Informationsteknologi og Elektroteknik, er nu lykkedes med at gøre det, man troede var umuligt, og udviklet en letforarbejdningskomponent af metal. Forskerne har præsenteret deres resultater i det seneste nummer af tidsskriftet Videnskab .

De opnåede denne bedrift ved at bygge en lille nok komponent:på kun 3 x 36 mikrometer, det er inden for et størrelsesområde, hvor både optisk og elektrisk information kan forplante sig i metaller.

Komponent til fiberoptiske netværk

Komponenten er en modulator:modulatorer konverterer elektriske datasignaler til optiske signaler. De er installeret i moderne internetroutere, der bruges til fiberoptiske netværk og muliggør fiberoptiske dataforbindelser mellem computerenheder i datacentre. Imidlertid, de standardkomponenter, der bruges i dag, fungerer anderledes end de nye modulatorer.

Den nye komponent virker ved at rette lyset fra en fiberoptisk kilde mod modulatoren, får elektronerne på overfladen til at svinge. Eksperter omtaler dette som en overfladeplasmonoscillation. Denne svingning kan ændres indirekte af elektriske dataimpulser. Når elektronernes oscillation omdannes tilbage til lys, den elektriske information er nu indkodet på det optiske signal. Det betyder, at informationen omdannes fra en elektrisk til en optisk dataimpuls, der kan transmitteres via fiberoptik.

Hurtigere og mindre

To år siden, Leuthold og hans kolleger udviklede en af ​​disse plasmoniske modulatorer. På det tidspunkt, det var den mindste og hurtigste modulator nogensinde bygget, men halvlederchippen havde stadig forskellige glaskomponenter.

Ved at udskifte alle glaskomponenter med metalliske, det er lykkedes forskerne at bygge en endnu mindre modulator, der arbejder op til højeste hastighed. "I metaller, elektroner kan bevæge sig med praktisk talt enhver hastighed, der henviser til, at hastigheden i glas er begrænset på grund af dets fysiske egenskaber, " siger Masafumi Ayata, en ph.d.-studerende i Leutholds gruppe og hovedforfatter på undersøgelsen. I forsøget det lykkedes forskerne at transmittere data med 116 gigabit i sekundet. De er overbeviste om, at med yderligere forbedringer, endnu højere dataoverførselshastigheder vil være mulige.

Ætset af et guldlag

Modulatorprototypen, som ETH-forskerne har testet, er lavet af et guldlag, der ligger på en glasoverflade. Forskerne understregede, at glasset ikke har nogen funktion. "I stedet for glaslaget, vi kunne også bruge andre passende glatte overflader, " siger Leuthold. Det er måske også muligt at bruge billigere kobber i stedet for guld til industrielle anvendelser. Det vigtige punkt er, at der kun kræves en metallisk belægning til de nye modulatorer. "Dette gør dem meget nemmere og billigere at fremstille, siger Leuthold.

Forskerne arbejder allerede sammen med en industriel partner for at omsætte den nye modulator i praksis, og samtaler med andre partnere er i gang. Imidlertid, Leuthold mener, at der kan være behov for yderligere udvikling, før teknologien er klar til markedet; for eksempel, han forventer, at det aktuelle tab af signalstyrke under modulering kan reduceres yderligere.

Til computere og selvkørende køretøjer

Den nye modulator kunne en dag ikke kun bruges til telekommunikationsapplikationer, men også til computere. "Computerindustrien overvejer at bruge fiberoptik til at overføre data mellem de enkelte chips inde i computere, siger Leuthold. dette ville kræve bittesmå modulatorer – som Leuthold og hans team har udviklet.

Ultimativt, det er også tænkeligt, at modulatorerne kunne bruges i displays – herunder bøjelige – og optiske sensorer, som dem i Lidar-systemet til afstandsmåling, der bruges i (semi-) autonome biler.