I ricercatori della George Washington University hanno sviluppato e dimostrato per la prima volta un modulatore elettro-ottico a base di silicio più piccolo, veloce e più efficiente delle tecnologie più avanzate. Aggiungendo l'ossido di indio e stagno (ITO), un ossido conduttivo trasparente che si trova nei display touchscreen e nelle celle solari, a una piattaforma di chip fotonici di silicio, i ricercatori sono stati in grado di creare un dispositivo compatto delle dimensioni di 1 micrometro e in grado di produrre gigahertz-veloce, o 1 miliardo di volte al secondo, modulazione del segnale.

I modulatori elettro-ottici sono i cavalli di battaglia di Internet. Convertono i dati elettrici da computer e smartphone in flussi di dati ottici per reti in fibra ottica, consentendo moderne comunicazioni di dati come lo streaming video. La nuova invenzione è tempestiva poiché la domanda di servizi dati sta crescendo rapidamente e si sta spostando verso le reti di comunicazione di prossima generazione. Sfruttando il loro ingombro ridotto, i convertitori elettro-ottici possono essere utilizzati come trasduttori in hardware di calcolo ottico come reti neurali artificiali ottiche che imitano il cervello umano e una pletora di altre applicazioni per la vita moderna.

I modulatori elettro-ottici in uso oggi hanno in genere dimensioni comprese tra 1 millimetro e 1 centimetro. La riduzione delle loro dimensioni consente di aumentare la densità degli imballaggi, che è vitale su un chip. Mentre il silicio funge spesso da struttura passiva su cui sono costruiti i circuiti integrati fotonici, l'interazione della materia leggera dei materiali di silicio induce un cambiamento dell'indice ottico piuttosto debole, richiedendo un ingombro maggiore del dispositivo. Mentre i risonatori potrebbero essere usati per aumentare questo debole effetto elettro-ottico, restringono il raggio di azione ottico dei dispositivi e comportano un elevato consumo di energia dagli elementi riscaldanti richiesti.

Aggiungendo in modo eterogeneo un sottile strato di materiale di ossido di indio e stagno al chip di guida d'onda fotonica di silicio, ricercatori della George Washington University, guidato da Volker Sorger, professore associato di ingegneria elettrica e informatica, hanno dimostrato una variazione dell'indice ottico 1, 000 volte più grande del silicio. A differenza di molti progetti basati su risonatori, questo dispositivo a banda larga spettrale è stabile contro le variazioni di temperatura e consente a un singolo cavo in fibra ottica di trasportare più lunghezze d'onda della luce, aumentare la quantità di dati che possono circolare in un sistema.

"Siamo lieti di aver raggiunto questo obiettivo decennale di dimostrare un modulatore ITO veloce a GHz. Questo stabilisce un nuovo orizzonte per i dispositivi fotonici riconfigurabili di prossima generazione con prestazioni migliorate ma dimensioni ridotte, " ha detto il dottor Sorger.

La carta, "Modulatore Mach Zehnder Plasmonico Sub-λ GHz ITO a banda larga su Silicon Photonics, " è stato pubblicato oggi sulla rivista ottica .