Entwicklung der ETH Zürich 18.11.2019, 13:50 Uhr

Superschneller «Lichtschalter» für künftige Autos und Computer

ETH-​Forschende haben einen «elektrooptomechanischen» Schalter für Lichtstrahlen entwickelt, der deutlich kleiner und schneller ist als heutige Modelle. Bedeutsam ist das für selbstfahrende Autos und optische Quantentechnologien.
Optisches Netzwerk mit elektrooptomechanischen Schaltern: Je nach Spannung lenken die Schalter einen Lichtstrahl entweder um 90 Grad ab (vorne links) oder lassen ihn ungestört im Wellenleiter passieren (vorne rechts)
(Quelle: ETH Zürich / Christian Haffner et al. )
Selbstfahrende Autos werden seit einigen Jahren immer besser und zuverlässiger. Bevor sie womöglich bald schon vollkommen autonom auf den Strassen unterwegs sein dürfen, sind allerdings noch einige Hürden zu nehmen. Vor allem die blitzschnelle Erfassung der Umgebung und das Erkennen von Personen und Hindernissen bringt heutige Technologien an ihre Grenzen.
Wissenschaftler um Jürg Leuthold vom Institut für Elektromagnetische Felder an der ETH Zürich haben nun gemeinsam mit Kollegen des National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA und der Chalmers University in Göteborg (Schweden) einen neuartigen elektrooptomechanischen Schalter entwickelt, mit dem sich vielleicht in Zukunft beide Probleme elegant lösen lassen.

Plasmonik als Zaubermittel

Das Zaubermittel, das die Forscher dabei verwendeten, heisst Plasmonik. Bei dieser Technik werden Lichtwellen in Strukturen gezwängt, die viel kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts – was eigentlich nach den Gesetzen der Optik gar nicht geht. Möglich wird es dadurch, dass man das Licht an der Grenzfläche zwischen einem Metall und einem Dielektrikum, also einer elektrisch schwach-​ oder nichtleitenden Substanz wie etwa Luft oder Glas, entlang leitet.
Die elektromagnetischen Wellen des Lichts dringen dabei teilweise in das Metall ein und regen dort Elektronen zum Schwingen an, wodurch ein Zwitterwesen aus Lichtwelle und elektronischer Anregung entsteht – das Plasmon.
Vor mehr als zehn Jahren prophezeiten namhafte Physiker bereits, dass auf Plasmonen basierende optische Schalter eine Revolution in der Datenübertragung und Datenverarbeitung einläuten könnten, da beides mit Photonen viel schneller geht als mit herkömmlicher Elektronik. Bislang scheiterten kommerzielle Anwendungen allerdings an den grossen Verlusten, die beim Transport von Photonen durch plasmonische Bauteile entstehen, sowie an den hohen benötigten Schaltspannungen.


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