Op het raakvlak van licht en elektronen is de LN-modulator onontbeerlijk (afb: Loncar-lab)

Ik moet eerlijk zeggen dat het een beetje aan me is voorbijgegaan, maar een modulator is voor de fotonica net zo belangrijk als de transistor voor de elektronica. atFotonica gaat over de wisselwerking tussen licht en elektronen. Onderzoekers van Harvard hebben nu een modulator ontwikkeld die honderd keer zo klein en twintig keer zo efficiënt als de huidige lithiumniobaat-modulatoren, de ‘werkpaarden’ van de optoelektronica. Dan hebben onderzoekers het al gauw over een ‘revolutie’ in de communicatietechniek (en meer), maar dat zit nog.
“Dit onderzoek betekent een fundamentele doorbraak in de geïntegreerde fotonica”, zegt onderzoeker Marko Loncar. “Die kan leiden tot grote en snelle fotonische circuits met uiterst weinig signaalverlies. Daarmee zou een breed scala aan toepassingen mogelijk worden in de kwantum- en klassieke fotonische communicatie en computers.” En ja, Harvard heeft het intellectueel eigendom van de vinding meteen maar vastgelegd en een bedrijfje opgericht dat de vruchten zal moeten plukken van dit speurwerk: HyperLight.

Lithiumniobaat-mudolatoren vormen de ruggengraat van de moderne telecommunicatietechniek, waarbij elektronisch vastgelegde informatie wordt omgezet in in licht ‘geschreven’ informatie, die met hoge snelheid via glasvezelkabels naar elders wordt vervoerd. Het vervelende van de huidige LN-modulatoren is dat ze groot, duur en energieverspillend zijn. De huidige modulatoren vereisen een spanning van 3 tot 5 V. Dat is aanzienlijk meer dan de 1 V die CMOS-schakelingen leveren. Daarom moeten hebben die modulatoren een aparte stroomvoorziening. Die staat verkleining van opto-elektronische schakelingen heftig in de weg.
“We hebben aangetoond dat door lithiumniobaat te integreren op een chip, de spanning kan worden teruggebracht tot die van CMOS”, segt medeonderzoeker Cheng Wang, tegenwoordig assistent-hoogleraar aan de universiteit van Hong Kong. “Deze kleine modulatoren maken transmissiesnelheden mogelijk tot 210 Gbits/s.”
Ook in de communicatietechniek moet alles steeds sneller en (dus) kleiner. Tot nu toe was men er niet in geslaagd LN-modulatoren te integreren op een chip. In eerder onderzoek hadden Loncar en de zijnen een techniek ontwikkeld om microstructuren te maken van lithiumniobaat door (standaard)plasma-etsing van dunne lithiumniobaatfolie. Door die techniek te combineren met speciaal ontwikkelde elektrische componenten, bleek het de onderzoekers mogelijk de micro-modulator op een chip te integreren.

Prestatie

“Als je vroegere kleinere en meer geïntegreerde modulatoren wilde maken dan ging dat ten koste van de prestatie”, zegt (een andere) medeonderzoeker Mian Zhang. “Zo kunnen bestaande geïntegreerde modulatoren een groot deel van het licht verliezen als dat zich voortplant op de chip. Onze modulator heeft een verlies dat een ordegrootte kleiner is. In feite kunnen we het licht sturen zonder het te verliezen. Aangezien de modulator zo’n wezenlijk onderdeel is voor de communicatietechniek, is het aantal toepassingen reusachtig.”
Zhang denkt dat door die mogelijkheid tot integratie op een chip de nieuwe micromodulatoren uitermate geschikt zullen zijn voor toepassing in optische netwerken over lange afstanden, radar en sensoriek.

Bron: Alpha Galileo