Fotonische geïntegreerde schakelingen die licht gebruiken in plaats van elektriciteit voor computergebruik en signaalverwerking, beloven een grotere snelheid, verhoogde bandbreedte, en een grotere energie-efficiëntie dan traditionele circuits die elektriciteit gebruiken.

Maar ze zijn nog niet klein genoeg om te concurreren in computers en andere toepassingen waar elektrische circuits blijven heersen.

Elektrotechnici van de Universiteit van Rochester denken dat ze een grote stap hebben gezet om het probleem aan te pakken. Met behulp van een materiaal dat algemeen wordt gebruikt door fotonica-onderzoekers, het Rochester-team heeft de kleinste elektro-optische modulator tot nu toe gemaakt. De modulator is een belangrijk onderdeel van een op fotonica gebaseerde chip, regelen hoe licht door zijn circuits beweegt.

In Natuurcommunicatie , het laboratorium van Qiang Lin, hoogleraar elektrotechniek en computertechniek, beschrijft het gebruik van een dunne film van lithiumniobaat (LN) gebonden op een siliciumdioxidelaag om niet alleen de kleinste LN-modulator tot nu toe te creëren, maar ook een die op hoge snelheid werkt en energiezuinig is.

Dit "legt een cruciale basis voor het realiseren van grootschalige LN-fotonische geïntegreerde schakelingen die van immens belang zijn voor brede toepassingen in datacommunicatie, magnetron fotonica, en kwantumfotonica, " schrijft hoofdauteur Mingxiao Li, een afgestudeerde student in Lin's lab.

Een werkpaard materiaal

Vanwege zijn uitstekende elektro-optische en niet-lineaire optische eigenschappen, lithiumniobaat is "een werkpaardmateriaalsysteem geworden voor onderzoek en ontwikkeling op het gebied van fotonica, " Zegt Lin. "Hoewel de huidige fotonische apparaten van LN, gemaakt op bulkkristal- of dunnefilmplatforms vereisen grote afmetingen en zijn moeilijk te verkleinen, die de modulatie-efficiëntie beperkt, energieverbruik, en de mate van circuitintegratie. Een grote uitdaging ligt in het maken van hoogwaardige nanoscopische fotonische structuren met hoge precisie."

Het modulatorproject bouwt voort op het eerdere gebruik van lithiumniobaat door het laboratorium om een ​​fotonische nanoholte te creëren - een ander belangrijk onderdeel van fotonische chips. Slechts ongeveer een micron groot, de nanoholte kan golflengten afstemmen met slechts twee tot drie fotonen bij kamertemperatuur - "de eerste keer dat we weten dat zelfs twee of drie fotonen op deze manier zijn gemanipuleerd bij kamertemperatuur, " Zegt Lin. Dat apparaat werd beschreven in een paper in optiek .

De modulator zou kunnen worden gebruikt in combinatie met een nanocavity bij het maken van een fotonische chip op nanoschaal.