Formas de onda de datos transmitidos a 200 Gbit / s utilizando un modulador de polímero híbrido capaz de operar a temperaturas de hasta 110 ° C. Las señales pueden tomar uno de cuatro niveles diferentes que corresponden a dos bits cada uno, resultando en tres agujeros en las señales superpuestas. Crédito:Universidad de Kyushu
Los centros de datos podrían beneficiarse de menores costos de enfriamiento debido en parte a los moduladores electroópticos ultrarrápidos desarrollados por investigadores en Japón que utilizan un polímero que es estable incluso a temperaturas que harían hervir el agua.
Reportado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , Los moduladores híbridos de polímero de silicio pueden transmitir 200 gigabits de datos por segundo a hasta 110 ° C y podrían permitir interconexiones ópticas de datos que son extremadamente rápidas y fiables a altas temperaturas. reduciendo la necesidad de enfriar y expandir aplicaciones en entornos hostiles como azoteas y automóviles.
La demanda de transmisión de datos de alta velocidad, como la transmisión de medios de alta definición, se ha disparado en los últimos años. y las comunicaciones ópticas son fundamentales para muchas de las conexiones de datos necesarias. Un componente crítico es el modulador, que pone datos en un haz de luz que pasa a través de un material electroóptico que puede cambiar sus propiedades ópticas en respuesta a un campo eléctrico.
La mayoría de los moduladores utilizan actualmente semiconductores o cristales inorgánicos como material electroóptico, pero los polímeros de base orgánica tienen la ventaja de que se pueden fabricar con excelentes propiedades electroópticas a bajo costo y operar a bajos voltajes.
"Los polímeros tienen un gran potencial para su uso en moduladores, pero los problemas de confiabilidad aún deben superarse para muchas aplicaciones industriales, "explica Shiyoshi Yokoyama, profesor del Instituto de Química e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Kyushu y líder de la colaboración de investigación.
Un desafío es que partes de las moléculas en la capa de polímero deben organizarse mediante un proceso llamado poling para obtener buenas propiedades electroópticas. pero esta organización puede perderse cuando la capa se calienta lo suficiente como para comenzar a ablandarse, un punto que se conoce como temperatura de transición vítrea.
Sin embargo, si los moduladores y otros componentes pueden funcionar de forma rápida y fiable incluso a altas temperaturas, los centros de datos podrían funcionar más cálidos, reduciendo así su uso de energía, casi el 40% del cual se estima actualmente se destina a refrigeración.
El modulador híbrido de silicio-polímero visto aquí como un delgado, La banda negra fue desarrollada por investigadores en Japón y puede transmitir datos a 200 Gbit / sa temperaturas de hasta 110 ° C. Los moduladores capaces de operar rápidamente a temperaturas tan altas podrían reducir las demandas de enfriamiento en los centros de datos y desbloquear aplicaciones en condiciones difíciles, entornos mal controlados como automóviles, aviones, y azoteas. Crédito:Shiyoshi Yokoyama, Universidad de Kyushu
Empleando un polímero que diseñaron para exhibir excelentes propiedades electro-ópticas y una alta temperatura de transición vítrea de 172 ° C mediante la incorporación de grupos químicos apropiados, el equipo de investigación logró una señalización ultrarrápida a temperaturas elevadas en un modulador híbrido de polímero de silicio basado en una configuración de interferómetro Mach-Zehnder, que es menos sensible a los cambios de temperatura que otras arquitecturas.
En los moduladores, compuesto por múltiples capas que incluyen el polímero y el silicio, un rayo láser entrante se divide en dos brazos de igual longitud. La aplicación de un campo eléctrico a través del polímero electroóptico en uno de los brazos cambia las propiedades ópticas de manera que la onda de luz se desplaza ligeramente. Cuando los dos brazos vuelvan a estar juntos, la interferencia entre los haces modificados y no modificados cambia la fuerza del haz de salida mixto dependiendo de la cantidad de cambio de fase, codificando así los datos en la luz.
Usando un esquema de señalización de datos simple de estados de encendido y apagado, se alcanzaron tasas de más de 100 Gbit / s, mientras que un método más complicado que utiliza cuatro niveles de señal podría alcanzar una velocidad de 200 Gbit / s.
Este rendimiento se mantuvo con cambios insignificantes incluso al operar los dispositivos a temperaturas que oscilan entre 25 ° C y 110 ° C y después de someter los dispositivos a un calor de 90 ° C durante 100 horas. demostrando la robustez y estabilidad de los moduladores en un rango de temperaturas extraordinariamente amplio.
"El funcionamiento estable incluso cuando la temperatura fluctúa hasta 110 ° C es maravilloso, ", dice Yokoyama." Este rango de temperatura significa el funcionamiento en entornos controlados, como centros de datos, incluso a temperaturas más altas de lo normal, y muchos entornos hostiles donde la temperatura no está bien controlada es posible ".
Los dispositivos actuales son de tamaño milimétrico, haciéndolos relativamente grandes en comparación con otros diseños, pero los investigadores están buscando formas de reducir aún más la huella para la incorporación de matrices densas de tales moduladores en un área pequeña.
"Este tipo de desempeño muestra cuán prometedores son los polímeros para las futuras tecnologías de telecomunicaciones, "Estados de Yokoyama.
