Самый маленький в мире преобразователь электрического сигнала в оптический
Благодаря оптическим сигналам почтовые сообщения и данные могут передаваться очень быстро по всему миру. Посредством оптических сигналов можно повысить энергоэффективность и скорость обмена цифровой информации между электронными чипами. Однако это потребует более простых методов переключениямежду электрическими и оптическими сигналами. В журнале Nature Photonics исследователи опубликовали информацию об устройстве длиной 29 нанометров, которое преобразует сигналы со скоростью примерно 40 гигабит в секунду. Устройство является наиболее компактным фазовым модулятором в мире.
«Преобразование электрических сигналов в оптические происходит ближе к процессору», - говорит Юрг Леутхольд (Juerg Leuthold). Он координирует данный исследовательский проект в Институте технологии города Карлсруэ (ФРГ) и недавно перебрался в Федеральный институт Цюриха (Швейцария). - В результате достигается увеличение скорости и уменьшение потерь при прохождении сигнала. Это поможет снизить потребление энергии растущей сферой информационных технологий».
Электрооптический преобразователь состоит из двух параллельных электродов приблизительно 29 нанометров в длину, что составляет третью часть диаметра человеческого волоса. Электроды разделены пространством шириной в одну десятую микрометра. Напряжение, которое подается на электроды, синхронизировано с цифровыми данными. Разделяющее электроды пространство наполнено электрооптическим полимером, чей коэффициент преломления изменяется как функция от подаваемого напряжения.
«Продолжительный пучок света от силиконового волновода возбуждает в полимерном пространстве поверхностные электромагнитные волны, которые называются поверхностными плазмонами (ПП), - объясняет Аргишти Меликян (Argishti Melikyan), ведущий автор исследования из Института техники города Карлсруэ. В результате напряжения, подаваемого на полимер, фаза поверхностных плазмонов моделируется. Ближе к концу устройства модулированные ПП достигают конечного силиконового волновода в форме модулированного пучка света. Таким образом, бит данных кодируется в форме света».
Последние результаты исследования показали, что электрооптический модулятор надежно преобразует потоки данных со скоростью 40 гигабит в секунду. Он использует инфракрасный свет с длиной волны в 1480-1600 нанометров, который обычно применяется в стекловолоконных широкополосных системах связи. Даже температура, достигающая 85оС, не вызывает снижение рабочих показателей. Представленное устройство – это наиболее компактный высокоскоростной фазовый модулятор на Земле. Он создается посредством хорошо известного КМОП процесса.
«Устройство включает в себя множество достоинств других систем, таких как высокая скорость модуляции, компактность и энергоэффективность. В будущем устройства на основе плазмоники смогут применяться для обработки сигналов в терагерц-диапазоне», - говорит Кристиан Коос (Christian Koos), представитель Международной исследовательской школы тератроники Института Карлсруэ, основной задачей которой является исследование развивающихся фотонных и электронных технологий высокоскоростной обработки сигналов. – На электронный чип можно поместить сотни модуляторов на основе плазмоники, что позволит достичь скорости передачи данных в несколько терабит в секунду».
На данный момент, информационные и коммуникационные системы потребляют примерно 10 процентов электричества в ФРГ. Сюда входят компьютеры и смартфоны отдельных пользователей, а также серверы крупных компьютерных центров. Поскольку размер и скорость передачи данных растет по экспоненте, для одновременного повышения рабочих показателей таких систем и снижения их энергопотребления необходимо искать новые решения. В этом отношении элементы на основе плазмоники могут иметь огромное значение.
По материалам Phys. Org.
Иван Штепа nauka21vek.ru