Optoelektronik 03.09.2020, 14:27 Uhr

Forscher realisieren winzigen Optik-Modulator

US-Forscher haben einen Modulator entwickelt, der elektrische in optische Signale wandelt. Damit soll die Datenübertragung beschleunigt werden und weniger Energie verbrauchen.
Skizze des optoelekronischen Wandlers
(Quelle: University of Rochester/Michael Osadciw)
Einen besonders kleinen Modulator, der elektrische in optische Signale umwandelt, haben Forscher an der University of Rochester gebaut. Damit ebnen sie den Weg für die optische Datenübertragung in Computern und anderen elektronischen Geräten. Bisher scheiterte diese Form der Verarbeitung an der Grösse der Wandler. Optoelektronik ist nicht nur schneller als Elektronik, sondern auch weit weniger energieintensiv.

Breites Anwendungsspektrum

Qiang Lin, Professor für Elektro- und Computertechnik, und sein Team haben auf einer Unterlage aus Siliziumoxid einen dünnen Film aus Lithiumniobat aufgebracht. Das ist ein künstlich hergestelltes, transparentes Material, das optoelektrische Eigenschaften hat. Es sei «eine entscheidende Grundlage für die Realisierung von grossen photonischen Schaltkreisen, die für breite Anwendungen in der Datenkommunikation, Mikrowellenphotonik und Quantenphotonik von immenser Bedeutung sind», schreibt Hauptautor Mingxiao Li, ein Doktorand in Lins Labor, in seinem Beitrag in «Nature Communications».
Aufgrund seiner hervorragenden elektrooptischen und nichtlinearen optischen Eigenschaften ist Lithiumniobat «zu einem Arbeitspferd für Forschung und Entwicklung in der Photonik geworden», sagt Lin. Gegenwärtige photonische Lithiumniobat-Bauelemente erforderten jedoch grosse Abmessungen und seien schwer zu verkleinern, was die Modulationseffizienz, den Energieverbrauch und den Grad der Schaltungsintegration einschränke. Eine grosse Herausforderung liege in der Herstellung hochwertiger nanoskopischer, photonischer Strukturen mit hoher Präzision.

Photonische Chips in Reichweite

Lin und sein Team haben in einer früheren Forschungsarbeit sogenannte photonische Nanokavitäten entwickelt. Das sind winzige Hohlräume in optischen Werkstoffen, die mithilfe von wenigen Lichtteilchen (Photonen) bestimmte Wellenlängen einstellen können. «Es ist das erste Mal, dass zwei oder drei Photonen bei Zimmertemperatur manipuliert werden konnten», sagt Lin. Er ist sicher, dass sich der jetzt entwickelte Modulator in Verbindung mit der Nanokavität nutzen lässt, um einen photonischen Chip in Nanogrösse zu entwickeln.


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