Een plan om een ​​derde gebogen golfgeleider op te nemen in een op silicium gebaseerde lichtsplitser bracht A*STAR-onderzoekers ertoe een apparaat te ontwikkelen dat in staat is tot een 30-voudige verbetering van de splitsingsefficiëntie. De nieuwe on-chip lichtsplitser markeert een belangrijke doorbraak in het verbeteren van hoogwaardige datatransmissiesystemen, evenals toepassingen in quantum computing.

De manipulatie van licht in apparaten op microschaal is een fundamentele pijler van snelle optische circuits die ten grondslag liggen aan communicatie en technologieën van de volgende generatie, zoals kwantumcomputers. Licht is snel en energiezuinig, en kan worden gecodeerd om gegevens op verschillende manieren te verzenden. Zoals Thomas Ang van het A*STAR Institute of High Performance Computing (IHPC) uitlegt:om deze manipulaties betrouwbaar en efficiënt te laten zijn, het licht moet zo 'puur' mogelijk zijn - niet alleen strak opgesloten rond een specifieke golflengte, maar ook van een uniforme polarisatie.

"Licht bestaat uit een mengsel van twee polarisatiecomponenten, Ang zegt. "Polarisatiebundelsplitsers worden gebruikt om een ​​bundel met gemengde polarisatie voor elke polarisatie in twee kanalen te scheiden."

Wanneer de splitsing onvolmaakt is, de twee kanalen kunnen kleine hoeveelheden van de tegenovergestelde polarisatie bevatten, een effect dat overspraak wordt genoemd.

"Polarisatiebundelsplitsers met lage overspraak zijn erg belangrijk voor hoge signaalgetrouwheid in high-speed optische interconnect-toepassingen, " zegt Jun Rong Ong, Ang's partner in de studie. "De huidige technologie is beperkt tot een overspraakniveau, de uitstervingsverhouding genoemd, van ongeveer 25 decibel, die hoog genoeg is om de gegevensoverdracht met hoge snelheid te beïnvloeden."

Het veld van polarisatiebundelsplitsers (PBS's) is goed ontwikkeld, en er zijn veel pogingen gedaan om deze limiet van 25 decibel in op silicium gebaseerde apparaten te doorbreken als de industriestandaard voor fabricage. Ang, Ong en hun collega's brainstormden over manieren om deze limiet uit te dagen, en kwam op het idee om een ​​derde golfgeleider toe te voegen - in wezen een kanaal of pad om licht op een chip te routeren - terwijl de status-quo niet meer dan twee dicteerde.

"We waren geïnteresseerd in golfgeleiders voor buig- en routeringslicht, en ons nieuwe ontwerp geconceptualiseerd na brainstormen binnen ons team, ", zegt Ang. "We hebben onze hypothese getest met behulp van computersimulaties en waren enthousiast toen we ontdekten dat het apparaat beter presteerde dan enkele van de best-in-class gepubliceerde resultaten."

Werken met medewerkers van de Singapore University of Technology and Design, het team fabriceerde vervolgens het apparaat met drie golfgeleiders (zie afbeelding) en bevestigde de sterk verbeterde uitdovingsverhouding van 40 decibel, wat een verdere 30-voudige reductie in polarisatieoverspraak vertegenwoordigt.

"We verwachten ook dat het apparaat verder kan worden verbeterd door het ontwerp te optimaliseren, " zegt Ong.