Fotonische geïntegreerde schakelingen die gebruik maken van licht in plaats van elektriciteit voor computers en signaalverwerking beloven een grotere snelheid, een grotere bandbreedte en een grotere energie-efficiëntie dan de traditionele circuits die gebruik maken van elektriciteit.
Maar ze zijn nog niet klein genoeg om te concurreren in computer- en andere toepassingen waar elektrische schakelingen blijven heersen.
Elektrotechnici van de Universiteit van Rochester geloven dat ze een grote stap hebben gezet in de aanpak van het probleem. Het Rochester-team heeft met behulp van een materiaal dat op grote schaal door fotonicaonderzoekers wordt gebruikt, de kleinste elektro-optische modulator tot nu toe gecreëerd. De modulator is een belangrijk onderdeel van een op fotonica gebaseerde chip, die regelt hoe het licht door zijn circuits beweegt.
In Nature Communications beschrijft het labo van Qiang Lin, professor in elektro- en computertechniek, het gebruik van een dunne film van lithium niobaat (LN) gebonden op een siliciumdioxide laag om niet alleen de kleinste LN-modulator tot nu toe te creëren, maar ook een die op hoge snelheid werkt en energiezuinig is.
Dit “legt een cruciale basis voor het realiseren van grootschalige LN-fotonische geïntegreerde schakelingen die van immens belang zijn voor brede toepassingen in datacommunicatie, microgolffotonica en kwantumfotonica”, schrijft hoofdauteur Mingxiao Li, een afgestudeerde student in het lab van Lin.
Vanwege de uitstekende elektro-optische en niet-lineaire optische eigenschappen is lithium niobate “een belangrijk materiaalsysteem voor fotonica onderzoek en ontwikkeling geworden”, zegt Lin. “Maar de huidige LN-fotonische apparaten, gemaakt op een bulkkristal- of dunnefilmplatform, hebben grote afmetingen nodig en zijn moeilijk in omvang te reduceren, wat de modulatie-efficiëntie, het energieverbruik en de mate van integratie van de schakeling beperkt. Een grote uitdaging ligt in het maken van nanoscopische fotonische structuren van hoge kwaliteit met hoge precisie”.
Het modulatieproject bouwt voort op het eerdere gebruik van lithium niobaat in het lab om een fotonische nanocapaciteit te creëren – een andere belangrijke component in fotonische chips. De nanocaviteit is slechts ongeveer een micron groot en kan met behulp van slechts twee tot drie fotonen bij kamertemperatuur golflengten afstellen – “de eerste keer dat we weten dat zelfs twee of drie fotonen op deze manier bij kamertemperatuur zijn gemanipuleerd”, zegt Lin. Dat apparaat werd beschreven in een artikel in Optica.
De modulator kon samen met een nanocaviteit worden gebruikt om een fotonische chip op nanoschaal te maken.
Bron SEmiconDigest
