Преодоление ограничений по размеру и скорости модуляторов для Интернета и сетей связи следующего поколения

Исследователи разработали и впервые продемонстрировали кремниевый электрооптический модулятор, который меньше по размеру, быстрее и эффективнее современных технологий. Добавив оксид индия и олова (ITO) – прозрачный проводящий оксид, присутствующий в сенсорных дисплеях и солнечных элементах, – на платформу с кремниевым фотонным чипом, исследователи смогли создать компактное устройство размером 1 микрометр, способное производить модуляцию сигнала в 1 гигагерц или 1 миллиард раз в секунду.

Электрооптические модуляторы – это рабочие мощности Интернета. Они преобразуют электрические данные с компьютеров и смартфонов в оптические потоки данных для оптоволоконных сетей, обеспечивая современную передачу данных, такую ​​как потоковое видео. Новое изобретение является своевременным, поскольку спрос на услуги передачи данных быстро растет и движется в направлении сетей связи следующего поколения. Используя свои компактные размеры, электрооптические преобразователи могут использоваться в качестве преобразователей в оптических вычислительных устройствах, таких как оптические искусственные нейронные сети, которые имитируют человеческий мозг и множество других приложений для современной жизни.

Используемые сегодня электрооптические модуляторы обычно имеют размер от 1 миллиметра до 1 сантиметра. Уменьшение их размера позволяет увеличить плотность упаковки, что жизненно важно для чипа. В то время как кремний часто служит пассивной структурой, на которой строятся фотонные интегральные схемы, взаимодействие кремниевых материалов с легкой материей вызывает довольно слабое изменение оптического индекса, что требует большей занимаемой площади устройства. Хотя резонаторы можно использовать для усиления этого слабого электрооптического эффекта, они сужают оптический рабочий диапазон устройств и влекут за собой высокое потребление энергии необходимыми нагревательными элементами.

Путем неоднородного добавления тонкого слоя материала оксида индия-олова в кремниевый фотонно-волноводный чип исследователи из Университета Джорджа Вашингтона во главе с профессором электротехники и вычислительной техники Волкером Соргером продемонстрировали изменение оптического индекса в 1000 раз больше, чем у кремния. В отличие от многих конструкций, основанных на резонаторах, это спектрально-широкополосное устройство устойчиво к изменениям температуры и позволяет одному оптоволоконному кабелю переносить световые волны различной длины, увеличивая объем данных, которые могут проходить через систему.

“Мы рады, что достигли этой десятилетней цели демонстрации быстродействующего ГГц модулятора ITO. Это открывает новый горизонт для фотонно-реконфигурируемых устройств следующего поколения с улучшенными характеристиками и уменьшенными размерами”, – сказал доктор Соргер.

По материалам scitechdaily.com