Onderzoekers van ETH Zürich hebben de eerste opto-elektronische circuitcomponent ontwikkeld die zonder glas werkt en in plaats daarvan van metaal is gemaakt. het onderdeel, een modulator genoemd, zet elektrische datasignalen om in optische signalen. Het is kleiner en sneller dan de huidige modulatoren, en veel gemakkelijker en goedkoper te maken.

Optische componenten voor micro-elektronica moeten van glas zijn. Metalen zijn hiervoor niet geschikt, aangezien optische gegevens zich slechts over een afstand van ongeveer 100 micrometer kunnen voortplanten. Dit was tot voor kort de algemene mening van wetenschappers. Een team van onderzoekers onder leiding van Juerg Leuthold, hoogleraar bij de afdeling Informatietechnologie en Elektrotechniek, is er nu in geslaagd te doen wat onmogelijk werd geacht en ontwikkelde een lichtverwerkend onderdeel van metaal. De onderzoekers hebben hun bevindingen gepresenteerd in het laatste nummer van het tijdschrift Wetenschap .

Ze bereikten deze prestatie door een component te bouwen die klein genoeg was:op slechts 3 x 36 micrometer, het is binnen een groottebereik waarin zowel optische als elektrische informatie zich in metalen kan voortplanten.

Component voor glasvezelnetwerken

Het onderdeel is een modulator:modulatoren zetten elektrische datasignalen om in optische signalen. Ze worden geïnstalleerd in moderne internetrouters die worden gebruikt voor glasvezelnetwerken en maken glasvezeldataverbindingen tussen computerunits in datacenters mogelijk. Echter, de standaardcomponenten die tegenwoordig worden gebruikt, werken anders dan de nieuwe modulatoren.

De nieuwe component werkt door het licht van een glasvezelbron op de modulator te richten, waardoor de elektronen op het oppervlak gaan oscilleren. Experts noemen dit een oppervlakteplasmonoscillatie. Deze oscillatie kan indirect worden veranderd door elektrische datapulsen. Wanneer de oscillatie van de elektronen weer wordt omgezet in licht, de elektrische informatie is nu gecodeerd op het optische signaal. Dit houdt in dat de informatie wordt omgezet van een elektrische in een optische datapuls die via glasvezel kan worden verzonden.

Sneller en kleiner

Twee jaar geleden, Leuthold en zijn collega's ontwikkelden een van deze plasmonische modulatoren. Destijds, het was de kleinste en snelste modulator ooit gebouwd, maar de halfgeleiderchip had nog steeds verschillende glazen componenten.

Door alle glazen onderdelen te vervangen door metalen onderdelen, de wetenschappers zijn erin geslaagd een nog kleinere modulator te bouwen die op de hoogste snelheid werkt. "Bij metalen, elektronen kunnen met vrijwel elke snelheid bewegen, overwegende dat de snelheid in glas beperkt is vanwege zijn fysische eigenschappen, " zegt Masafumi Ayata, een doctoraatsstudent in de groep van Leuthold en hoofdauteur van de studie. In het experiment, de onderzoekers slaagden erin gegevens met 116 gigabit per seconde te verzenden. Ze zijn ervan overtuigd dat met verdere verbeteringen, nog hogere gegevensoverdrachtsnelheden zijn mogelijk.

Geëtst uit een gouden laag

Het door de ETH-onderzoekers geteste modulator-prototype is gemaakt van een goudlaag die op een glazen oppervlak ligt. De wetenschappers benadrukten dat het glas geen functie heeft. "In plaats van de glaslaag, we kunnen ook andere geschikte gladde oppervlakken gebruiken, ", zegt Leuthold. Misschien is het ook mogelijk om goedkoper koper in plaats van goud te gebruiken voor industriële toepassingen. Het belangrijkste punt is dat er maar één metalen coating nodig is voor de nieuwe modulatoren. "Dit maakt ze veel gemakkelijker en goedkoper te fabriceren, ’ zegt Leuthold.

De onderzoekers werken al samen met een industriële partner om de nieuwe modulator in de praktijk te brengen, en gesprekken met andere partners zijn aan de gang. Echter, Leuthold is van mening dat verdere ontwikkeling nodig kan zijn voordat de technologie klaar is voor de markt; bijvoorbeeld, hij verwacht dat het huidige verlies aan signaalsterkte tijdens modulatie verder kan worden verminderd.

Voor computers en autonome voertuigen

De nieuwe modulator zou ooit niet alleen kunnen worden gebruikt voor telecommunicatietoepassingen, maar ook voor computers. "De computerindustrie overweegt glasvezel te gebruiken om gegevens over te dragen tussen de afzonderlijke chips in computers, " zegt Leuthold. Echter, hiervoor zijn kleine modulatoren nodig - zoals Leuthold en zijn team hebben ontwikkeld.

uiteindelijk, het is ook denkbaar dat de modulatoren kunnen worden gebruikt in displays - inclusief buigbare - en optische sensoren, zoals die in het Lidar-systeem voor afstandsmeting die worden gebruikt in (semi-)autonome auto's.