Forskere udvikler sig hurtigt, elektro-optisk modulator i mikrometerstørrelse

Forskere ved George Washington University udviklede og demonstrerede for første gang en siliciumbaseret elektro-optisk modulator, der er mindre, lige så hurtigt som og mere effektivt end de nyeste teknologier. Ved at tilføje indiumtinoxid (ITO) – et gennemsigtigt ledende oxid, der findes i berøringsskærme og solceller – til en fotonisk siliciumchipplatform, forskerne var i stand til at skabe en kompakt enhed på 1 mikrometer i størrelse og i stand til at give gigahertz hurtigt, eller 1 milliard gange i sekundet, signalmodulation.

Elektro-optiske modulatorer er internettets arbejdsheste. De konverterer elektriske data fra computere og smartphones til optiske datastrømme til fiberoptiske netværk, muliggør moderne datakommunikation som videostreaming. Den nye opfindelse er rettidig, da efterspørgslen efter datatjenester vokser hurtigt og bevæger sig mod næste generations kommunikationsnetværk. Ved at drage fordel af deres kompakte fodaftryk, elektro-optiske omformere kan bruges som transducere i optisk computerhardware, såsom optiske kunstige neurale netværk, der efterligner den menneskelige hjerne og en overflod af andre applikationer til nutidens liv.

Elektro-optiske modulatorer i brug i dag er typisk mellem 1 millimeter og 1 centimeter store. Reduktion af deres størrelse giver øget emballagetæthed, som er afgørende på en chip. Mens silicium ofte tjener som den passive struktur, som fotoniske integrerede kredsløb er bygget på, siliciummaterialernes lette stofinteraktion inducerer en ret svag optisk indeksændring, kræver et større enhedsfodaftryk. Mens resonatorer kunne bruges til at forstærke denne svage elektro-optiske effekt, de indsnævrer enhedernes optiske driftsområde og påfører et højt energiforbrug fra de nødvendige varmeelementer.

Ved heterogent at tilføje et tyndt materialelag af indiumtinoxid til den fotoniske siliciumbølgelederchip, forskere ved George Washington University, ledet af Volker Sorger, en lektor i elektro- og computerteknik, har påvist en optisk indeksændring 1, 000 gange større end silicium. I modsætning til mange designs baseret på resonatorer, denne spektralt bredbåndsenhed er stabil over for temperaturændringer og tillader et enkelt fiberoptisk kabel at bære flere bølgelængder af lys, øge mængden af ​​data, der kan bevæge sig gennem et system.

"Vi er glade for at have nået dette årti lange mål om at demonstrere en GHz-hurtig ITO-modulator. Dette sætter en ny horisont for næste generations fotoniske rekonfigurerbare enheder med forbedret ydeevne, men reduceret størrelse, " sagde Dr. Sorger.

Papiret, "Bredbånd Sub-λ GHz ITO Plasmonic Mach Zehnder Modulator på Silicon Photonics, " blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Optica .