Fotoniske MEMS-kontakter bliver kommercielle

En af de tekniske udfordringer, den nuværende datarevolution står over for, er at finde en effektiv måde at rute dataene på. Denne opgave udføres normalt af elektroniske kontakter, mens selve dataene overføres ved hjælp af lys begrænset i optiske bølgeledere. Af denne grund, konvertering fra et optisk til et elektronisk signal og tilbagekonvertering er påkrævet, hvilket koster energi og begrænser mængden af ​​overførbar information. Disse ulemper kan undgås med en fuld optisk omskifterdrift. En af de mest lovende tilgange er baseret på mikroelektromekaniske systemer (MEMS), takket være afgørende fordele som lavt optisk tab og energiforbrug, monolitisk integration, og høj skalerbarhed. Ja, den største fotoniske switch, der nogensinde er demonstreret, bruger denne tilgang.

Indtil nu, disse MEMS fotoniske switche er blevet fremstillet ved hjælp af ikke-standardiserede og komplekse processer i laboratoriemiljøer, hvilket har gjort deres kommercialisering vanskelig. Men University of California Berkeley-forskere indledte et samarbejde, der samlede ingeniører fra forskellige universiteter verden over for at demonstrere, at vanskelighederne kunne overvindes. De skabte en fotonisk MEMS-switch ved hjælp af en kommercielt tilgængelig komplementær metal-oxid-halvleder (CMOS) fremstillingsproces uden modifikation. Brugen af ​​denne velkendte mikrofabrikationsplatform repræsenterer et stort skridt i retning af industrialisering, fordi den er kompatibel med de fleste nuværende teknologier, omkostningseffektiv, og velegnet til højvolumen produktion.

Switch fabrikation

I deres forskning, for nylig offentliggjort i SPIEs nye Journal of Optical Microsystems , den fotoniske switch blev fremstillet på silicium-på-isolator (SOI) 200 mm wafere ved hjælp af almindelige fotolitografiske og tørætsningsprocesser i et kommercielt støberi. Hele det fotoniske integrerede kredsløb er inkluderet i silicium-toplaget, som har den fordel at begrænse antallet af fremstillingstrin:Der er to forskellige tørætsningsprocesser, et løft for at skabe metalforbindelser, og den endelige frigivelse af MEMS ved oxidætsning. Switch-designet inkluderer 32 input-porte og 32 output-porte, repræsenterer en 32 x 32 matrix (fuld størrelse er 5,9 mm x 5,9 mm) af det samme replikerede element. I hvert af de enkelte elementer, lysoverførslen fra den ene kanal til den anden frembringes ved at mindske afstanden mellem to bølgeledere for at koble deres tilstande, en operation opnået af et elektrostatisk kamdrev, der også er inkluderet i siliciumtoplaget.

"For første gang, storskala og integrerede MEMS fotoniske switche er blevet fremstillet i et kommercielt støberi på 200 mm SOI wafers. Efter min mening, dette er en overbevisende demonstration af, at denne teknologi er velegnet til kommercialisering og masseproduktion. De kan blive inkorporeret i datakommunikationssystemer i den nærmeste fremtid, " sagde Jeremy Béguelin, en af ​​Berkeley-forskerne.

Lovende vej

Forskerne evaluerede ydeevnen af ​​de fotoniske switches ved at måle flere vigtige parametre:lyseffekttabet gennem hele kontakten på 7,7 dB, den optiske båndbredde på omkring 30 nm ved bølgelængden på 1550 nm, og omskiftningshastigheden på 50 μs. Disse værdier er allerede fremragende i sammenligning med andre fotoniske switch-tilgange, og måder at forbedre dem på er allerede blevet identificeret.

Ved at bruge en CMOS-kompatibel fremstillingsproces og SOI-wafere, forskerholdet skabte en robust og effektiv fotonisk switch baseret på MEMS-teknologi. Et sådant arbejde åbner en lovende vej mod kommercialisering og masseproduktion af store og integrerede fotoniske switche, en fremtidig nøglekomponent i datakommunikationsnetværk.