Un componente chiave dell'interfaccia tra circuiti elettronici e basati sulla luce riceve un aumento delle prestazioni attraverso la ricerca A*STAR che combina simulazioni precedentemente indipendenti dei due sistemi. Questa ricerca evidenzia la possibilità di migliorare i circuiti elettro-ottici come componenti critici nei moderni sistemi di comunicazione.

La luce offre particolari vantaggi rispetto all'elettronica convenzionale:può essere trasmessa con alta fedeltà su lunghe distanze, e può portare molte più informazioni. Le reti in fibra ottica sfruttano questi vantaggi per comunicazioni di dati veloci ed efficienti. I dispositivi a ciascuna estremità di una fibra ottica, però, sono solitamente costruiti su elettronica convenzionale, e le prestazioni di questa interfaccia elettro-ottica sono un fattore che limita la velocità di trasmissione dei dati.

Molta ricerca si è concentrata sullo sviluppo di componenti elettro-ottici più veloci e più piccoli che possono essere integrati in circuiti elettronici e microchip convenzionali a base di silicio. Ma il progresso è stato ostacolato dalla complessità della simulazione di effetti sia elettronici che ottici nello stesso dispositivo.

Presto Thor Lim e i colleghi dell'A*STAR Institute of High Performance Computing hanno trovato un modo per combinare effetti elettronici e ottici in un unico modello di simulazione numerica. Ora dimostrano che può aumentare significativamente le prestazioni di un modulatore ottico al silicio.

"I modulatori ottici sono dispositivi elettro-ottici che modificano la luce che si propaga applicando impulsi elettrici, " dice Lim. "Sono utilizzati nei sistemi di comunicazione ottica per codificare le informazioni elettroniche in raggi laser".

Sebbene ci siano molti parametri di fabbricazione per i modulatori al silicio, ci sono anche molti vincoli di fabbricazione, e quindi trovare l'insieme ottimale di parametri richiede un calcolo scrupoloso.

"Il problema è che di solito devono essere eseguiti due tipi di simulazione per tale lavoro di ricerca:simulazione elettrica seguita da simulazione ottica utilizzando due diversi tipi di software. Questo è computazionalmente costoso in termini di tempo e risorse di simulazione, " spiega Lim. "Il nostro codice interno esegue simulazioni elettriche e ottiche in un'unica piattaforma senza perdita di fedeltà dei dati".

Il metodo del team consente di visualizzare l'interazione elettrico-ottica all'interno del modulatore mostrando l'intensità della luce come sovrapposizione sulla distribuzione delle proprietà elettroniche del modulatore. L'esatta posizione delle caratteristiche su nanoscala e delle proprietà elettroniche può quindi essere messa a punto per ottenere le migliori prestazioni ottiche.

"Con la modellazione e l'ottimizzazione tramite il nostro codice interno, possiamo progettare un modulatore al silicio con le migliori prestazioni della categoria, "dice Lime, "che faciliterà lo sviluppo di basse perdite, sistemi di trasmissione dati ottici ad alta velocità."