Los moduladores de niobato de litio convencionales [derecha] son la columna vertebral de las telecomunicaciones modernas, convertir datos electrónicos en información óptica en cables de fibra óptica pero son voluminosos, caro y hambriento de energía. Esta integrada, El modulador en chip [centro] es 100 veces más pequeño y 20 veces más eficiente. Crédito:Harvard SEAS
Moduladores de niobito de litio convencionales, el caballo de batalla de la industria optoelectrónica desde hace mucho tiempo, pronto puede seguir el camino del tubo de vacío y el disquete. Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard han desarrollado un nuevo método para fabricar y diseñar integrados, moduladores en chip 100 veces más pequeños y 20 veces más eficientes que los moduladores actuales de niobita de litio (LN).
La investigación se describe en Naturaleza .
"Esta investigación demuestra un avance tecnológico fundamental en fotónica integrada, "dijo Marko Loncar, el profesor Tiantsai Lin de Ingeniería Eléctrica en SEAS y autor principal del artículo. "Nuestra plataforma podría generar circuitos fotónicos muy rápidos y de pérdida ultrabaja, permitiendo una amplia gama de aplicaciones para la futura comunicación y computación fotónica cuántica y clásica ".
La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard (OTD) ha trabajado en estrecha colaboración con Loncar Lab en la formación de una empresa de nueva creación, HyperLight, que pretende comercializar un portafolio de propiedad intelectual fundacional relacionado con esta investigación. La preparación de la tecnología para el lanzamiento de HyperLight ha contado con la ayuda de fondos del Acelerador de Ingeniería y Ciencias Físicas de OTD, que proporciona financiación traslacional para proyectos de investigación que muestran potencial para un impacto comercial significativo.
Los moduladores de niobato de litio son la columna vertebral de las telecomunicaciones modernas, conversión de datos electrónicos en información óptica en cables de fibra óptica. Sin embargo, Los moduladores LN convencionales son voluminosos, caro y hambriento de energía. Estos moduladores requieren un voltaje de excitación de 3 a 5 voltios, significativamente más alto que el proporcionado por los circuitos CMOS típicos, que proporciona aproximadamente 1 voltio. Como resultado, separar, Se necesitan amplificadores que consuman energía para impulsar los moduladores, Limitando severamente la integración optoelectrónica a escala de chip.
Redes de fibra óptica, la columna vertebral de Internet, dependen de la conversión de información de alta fidelidad del dominio eléctrico al óptico. Los investigadores combinaron el mejor material óptico con enfoques innovadores de nanofabricación y diseño, darse cuenta, energía eficiente, alta velocidad, baja pérdida, convertidores electroópticos para comunicaciones cuánticas y clásicas. Crédito:Second Bay Studios / Harvard SEAS
"Demostramos que al integrar niobato de litio en un chip pequeño, la tensión de accionamiento se puede reducir a un nivel compatible con CMOS, "dijo Cheng Wang, co-primer autor del artículo, ex Ph.D. estudiante y becario postdoctoral en SEAS, y actualmente profesor adjunto en la City University of Hong Kong. "Notablemente, Estos pequeños moduladores también pueden soportar velocidades de transmisión de datos de hasta 210 Gbit / s. Es como Antman, más pequeño, más rápido y mejor ".
"Los moduladores ópticos altamente integrados pero de alto rendimiento son muy importantes para una integración más cercana de la óptica y la electrónica digital, allanando el camino hacia los futuros motores de procesamiento optoelectrónico de fibra de entrada y salida, "dijo Peter Winzer, Director de Investigación de Transmisión Óptica en Nokia Bell Labs, el socio industrial en este proyecto, y coautor del artículo. "Vemos esta nueva tecnología de modulador como un candidato prometedor para tales soluciones".
Muchos en el campo consideran que la niobita de litio es difícil de trabajar a pequeña escala, un obstáculo que hasta ahora ha descartado la práctica integrada, aplicaciones en chip. En investigaciones anteriores, Loncar y su equipo demostraron una técnica para fabricar microestructuras de niobato de litio de alto rendimiento utilizando grabado con plasma estándar para esculpir físicamente microrresonadores en películas delgadas de niobato de litio.
Combinando esa técnica con componentes eléctricos especialmente diseñados, los investigadores ahora pueden diseñar y fabricar un Modulador en chip de alto rendimiento.
"Previamente, si quisiera hacer moduladores más pequeños e integrados, tuviste que comprometer su desempeño, "dijo Mian Zhang, becario postdoctoral en SEAS y co-primer autor de la investigación. "Por ejemplo, Los moduladores integrados existentes pueden perder fácilmente la mayor parte de la luz a medida que se propaga en el chip. A diferencia de, hemos reducido las pérdidas en más de un orden de magnitud. Esencialmente, podemos controlar la luz sin perderla ".
"Debido a que un modulador es un componente fundamental de la tecnología de la comunicación, con un papel equivalente al de un transistor en la tecnología de la computación, las aplicaciones son enormes, ", dijo Zhang." El hecho de que estos moduladores se puedan integrar con otros componentes en la misma plataforma podría proporcionar soluciones prácticas para las redes ópticas de larga distancia de próxima generación, interconexiones ópticas del centro de datos, comunicaciones inalámbricas, Radar, detección y así sucesivamente ".
