Onderzoekers van de George Washington University ontwikkelden en demonstreerden voor het eerst een op silicium gebaseerde elektro-optische modulator die kleiner, even snel en efficiënter dan de modernste technologieën. Door indiumtinoxide (ITO) - een transparant geleidend oxide dat wordt aangetroffen in touchscreen-displays en zonnecellen - toe te voegen aan een siliciumfotonisch chipplatform, de onderzoekers waren in staat om een ​​compact apparaat van 1 micrometer groot te maken en gigahertz-snel op te leveren, of 1 miljard keer per seconde, signaal modulatie.

Elektro-optische modulatoren zijn de werkpaarden van het internet. Ze zetten elektrische data van computers en smartphones om in optische datastromen voor glasvezelnetwerken, waardoor moderne datacommunicatie zoals videostreaming mogelijk wordt. De nieuwe uitvinding komt op het juiste moment, aangezien de vraag naar datadiensten snel groeit en op weg is naar communicatienetwerken van de volgende generatie. Door gebruik te maken van hun compacte voetafdruk, elektro-optische converters kunnen worden gebruikt als transducers in optische computerhardware, zoals optische kunstmatige neurale netwerken die het menselijk brein nabootsen en een overvloed aan andere toepassingen voor het moderne leven.

Elektro-optische modulatoren die tegenwoordig in gebruik zijn, zijn typisch tussen 1 millimeter en 1 centimeter groot. Door hun grootte te verkleinen, kan de verpakkingsdichtheid worden verhoogd, wat essentieel is op een chip. Terwijl silicium vaak dient als de passieve structuur waarop fotonische geïntegreerde schakelingen worden gebouwd, de interactie tussen licht en materie van siliciummaterialen veroorzaakt een nogal zwakke verandering van de optische index, die een grotere apparaatvoetafdruk vereisen. Hoewel resonatoren kunnen worden gebruikt om dit zwakke elektro-optische effect te versterken, ze verkleinen het optische werkbereik van apparaten en veroorzaken een hoog energieverbruik door de vereiste verwarmingselementen.

Door heterogeen een dunne materiaallaag van indiumtinoxide toe te voegen aan de silicium fotonische golfgeleiderchip, onderzoekers van de George Washington University, onder leiding van Volker Sorger, een universitair hoofddocent elektrotechniek en computertechniek, hebben een optische indexverandering aangetoond 1, 000 keer groter dan silicium. In tegenstelling tot veel ontwerpen op basis van resonatoren, dit spectraal-breedbandapparaat is stabiel tegen temperatuurveranderingen en maakt het mogelijk dat een enkele glasvezelkabel meerdere golflengten van licht draagt, het vergroten van de hoeveelheid gegevens die door een systeem kan gaan.

"We zijn verheugd dat we dit decenniumlange doel hebben bereikt, namelijk het demonstreren van een GHz-snelle ITO-modulator. Dit zet een nieuwe horizon voor fotonische herconfigureerbare apparaten van de volgende generatie met verbeterde prestaties en toch kleinere afmetingen, "zei Dr. Sorger.

De krant, "Breedband Sub-λ GHz ITO Plasmonic Mach Zehnder Modulator op siliciumfotonica, " werd vandaag gepubliceerd in het tijdschrift optiek .