Ultrasnelle optische schakelaar
Wetenschappers van de Universiteit Twente, het FOM-instituut AMOLF in Amsterdam en het Institute for Nanoscience and Cryogenics (CEA/INAC) in Grenoble zijn erin geslaagd om een ultrasnelle optische schakelaar met een microholte te maken. Hij schakelt aan en uit in een recordtijd van minder dan 1 picoseconde, oftewel een miljoenste van een miljoenste seconde. Dit is zeer veelbelovend voor optische datacommunicatie. Het toonaangevende Amerikaanse tijdschrift Applied Physics Letters publiceerde de resultaten gisteren.
Schakelaars komen in grote getale voor in computers; ze zijn cruciaal voor het manipuleren van informatie die in bits is gecodeerd. Om informatieverwerking sneller te maken, wordt wereldwijd hard gewerkt aan de realisatie van optische schakelaars. Die verwerken informatie in de vorm van lichtpulsen.
Microholtes
De snelheid van de optische schakelaars wordt beperkt door de eigenschappen van de onderliggende materialen. In moderne wetenschap en technologie worden vaak halfgeleidende materialen zoals GaAs en AlAs gebruikt met kleine holtes erin. Die kunnen op een schaal van enkele micrometers gemaakt worden (slechts één honderdste van de dikte van een mensenhaar). Deze 'microholtes' kunnen geïntegreerd worden op chips, maar ze worden ook gebruikt om e-mail, internet en Tv-signalen te verzenden als optische signalen.
Nieuw ontwerp
Het Nederlands-Franse team zette een controle-laserpuls in, die de eigenschappen van de microholte onmiddellijk verandert (door gebruik te maken van het zogeheten elektronische Kerr-effect). Op deze manier profiteren ze van enorm snelle beweging van elektronen in halfgeleiders, die 'dansen op de maat van het laserlicht'. Dit maakt de schakelaar extreem snel. De onderzoekers moesten hiervoor de kleur van de controlelaser heel nauwkeurig afstemmen, zodat er geen absorptie van licht was. De eigenschappen van de holte worden dan alleen geschakeld bij aanwezigheid van zowel de signaal- als de controlepulsen.
Sneller dan terahertz
De nieuwe schakelaar is een enorme stap vooruit: hij is niet beperkt tot een bepaald soort halfgeleidend materiaal of ontwerp van een holte én er is veel flexibiliteit wat betreft de kleur van het controlelicht. Met deze schakelaar zou informatie sneller dan 1000 GHz verstuurd kunnen worden – enkele honderden malen sneller dan de kloksnelheid van een snelle PC. Met toekomstig onderzoek zal het systeem nog kleiner gemaakt worden, voor on-chip toepassingen. Omdat computersnelheid voortdurend verhoogd wordt door parallel processing, belooft de nieuwe schakelaar datacommunicatie op meer dan terahertz-snelheid.
Referentie
'Ultimate fast optical switching of a planar microcavity in the telecom wavelength range'.
Het team
MESA+ Instituut voor Nanotechnologie, Enschede: Dr. Georgios Ctistis, Emre Yuce MSc, dr. Alex Hartsuiker en prof.dr. Willem Vos van Complex Photonic Systems (COPS).
(Emre Yuce en Alex Hartsuiker waren ook verbonden aan het FOM-instituut AMOLF)
Institute for Nanoscience and Cryogenics, Grenoble: Drs. Julien Claudon, Maela Bazin en prof.dr. Jean-Michel Gérard.