Преодоление ограничений по размеру и скорости модуляторов: рабочие лошадки Интернета

Исследователи разработали и впервые продемонстрировали электрооптический модулятор на основе кремния, который меньше, быстрее и эффективнее современных технологий. Добавив оксид индия и олова (ITO) — прозрачный проводящий оксид, содержащийся в сенсорных дисплеях и солнечных элементах, — на платформу кремниевого фотонного чипа, исследователи смогли создать компактное устройство размером 1 микрометр, способное работать с гигагерцовой скоростью. , или 1 миллиард раз в секунду, модуляция сигнала.

Электрооптические модуляторы — это рабочие лошадки Интернета. Они преобразуют электрические данные с компьютеров и смартфонов в оптические потоки данных для оптоволоконных сетей, обеспечивая возможность современной передачи данных, такой как потоковое видео. Новое изобретение является своевременным, поскольку спрос на услуги передачи данных быстро растет и приближается к сетям связи следующего поколения. Благодаря своей компактности, электрооптические преобразователи могут использоваться в качестве преобразователей в оптическом вычислительном оборудовании, таком как оптические искусственные нейронные сети, имитирующие человеческий мозг, и множество других приложений для современной жизни.

ПОЛОЖЕНИЕ

Используемые сегодня электрооптические модуляторы обычно имеют размер от 1 миллиметра до 1 сантиметра. Уменьшение их размера позволяет увеличить плотность упаковки, что жизненно важно для микросхемы. Хотя кремний часто служит пассивной структурой, на которой построены фотонные интегральные схемы, взаимодействие кремниевых материалов с легкой материей вызывает довольно слабое изменение оптического индекса, что требует увеличения занимаемой площади устройства. Хотя для усиления этого слабого электрооптического эффекта можно использовать резонаторы, они сужают оптический рабочий диапазон устройств и требуют большого потребления энергии из-за необходимых нагревательных элементов.

РЕШЕНИЕ

Путем гетерогенного добавления тонкого слоя оксида индия и олова в кремниевый фотонный волноводный чип исследователи из Университета Джорджа Вашингтона во главе с Фолькером Соргером, доцентом электротехники и вычислительной техники, продемонстрировали изменение оптического индекса в 1000 раз. больше кремния. В отличие от многих конструкций, основанных на резонаторах, это спектрально-широкополосное устройство устойчиво к изменениям температуры и позволяет передавать по одному оптоволоконному кабелю свет разных длин волн, увеличивая объем данных, которые могут перемещаться через систему.

ОТ ИССЛЕДОВАТЕЛЯ

«Мы рады, что достигли этой десятилетней цели по демонстрации модулятора ITO с тактовой частотой до ГГц. Это открывает новые горизонты для фотонно-реконфигурируемых устройств следующего поколения с улучшенными характеристиками, но меньшего размера», — сказал д-р Соргер. p>