La sociedad actual está creciendo en población y la productividad exige cada vez más a Internet, y sin desarrollos científicos que proporcionen formas de satisfacer nuestras necesidades de tráfico, comenzará a obstruirse. Asignar fotones a una superficie metálica y convertirlos en un tipo particular de oscilaciones de electrones, llamados plasmones, investigadores de Suiza, Alemania y Estados Unidos colaboraron para desarrollar una nueva forma de transmitir información a las señales luminosas enviadas a través de las redes de fibra óptica de Internet.

Su trabajo en el desarrollo de estos moduladores plasmónicos de banda ancha, que operan a más del límite de 100 Gbit / s de los dispositivos fotónicos para una sola portadora, se presentará en la Conferencia y Exposición de Comunicaciones por Fibra Óptica (OFC), celebrada del 19 al 23 de marzo en Los Ángeles, California, ESTADOS UNIDOS.

El salto de enviar señales electrónicas a través de cables a enviar señales ópticas a través de fibras revolucionó Internet, ofreciendo una capacidad y tasas de transferencia significativamente más altas. Las señales de las computadoras generadas por chips electrónicos se codificaron en luz como modulaciones, que luego podría viajar a velocidades relativistas a través de fibras ópticas.

Ahora hemos llegado a un punto sin embargo, donde convertir las señales eléctricas en ópticas puede ser un cuello de botella para la comunicación óptica.

Introduzca:plasmones. Los plasmones son ondas en el "mar" de electrones energéticamente fluido en muchos metales conductores como el oro. Al igual que las ondas de agua en la superficie de un estanque de una roca que salta, los plasmones transportan energía de la luz que incide en una superficie como ondas de electrones que oscilan colectivamente. En las condiciones adecuadas, la luz puede excitar estos plasmones microscópicos y convertir la señal de una onda de luz, de naturaleza puramente fotónica, a un plasmón que viaja a lo largo de la superficie del metal.

"En lugar de depender de la fotónica, ahora trabajamos con plasmónicos, ", dijo Claudia Hoessbacher, autora principal del artículo y miembro del Instituto de Campos Electromagnéticos de ETH en Zúrich, Suiza. "El trabajo se inició al darnos cuenta de que hemos llegado a los límites de la fotónica de silicio. El silicio ya no nos daría una velocidad más alta, ni nos permitiría ser más compactos ".

El nuevo dispositivo modulador presenta dos juegos de pares de electrodos de oro separados por una ranura estrecha de menos de cien nanómetros de ancho. cientos de veces más pequeño que un cabello humano. Las ranuras están llenas de un material electroóptico orgánico cuyas propiedades de refracción de la luz cambian de manera predecible en un campo eléctrico aplicado.

El oro se encuentra entre los elementos con mayor actividad plasmónica y estos huecos llenos de silicio actúan como guías de ondas para los plasmones. Toda la disposición forma un microinterferómetro, donde la señal modulada resultante surge de la combinación de las señales que viajan a través de cada uno de los dos caminos de material electro-óptico.

Debido a que estos componentes plasmónicos son metálicos, tienen el beneficio adicional de servir potencialmente como sus propios contactos eléctricos.

Las mayores ventajas de estos moduladores, sin embargo, son su tamaño compacto y su ancho de banda significativamente amplio, lo que permite un mayor volumen de flujo de información al admitir un espectro más amplio de frecuencias. El gran ancho de banda se debe a una respuesta casi instantánea de los electrones a los campos electromagnéticos. Aunque los plasmones no viajan largas distancias de manera eficiente, su tamaño compacto minimiza este inconveniente.

"Inicialmente, teníamos miedo de que las pérdidas fueran demasiado altas porque se sabe que las pérdidas plasmónicas son altas, "dijo Leuthold, quien dirige el instituto de investigación de ETH. "Nuestra segunda generación del dispositivo trajo el gran avance. Nos dimos cuenta de que las no linealidades eran mucho más altas de lo que uno esperaría normalmente. Gracias a estas altas no linealidades, podríamos fabricar dispositivos cortos y, por lo tanto, las pérdidas también serían lo suficientemente bajas".

El pequeño tamaño de estos nuevos dispositivos no está completamente exento de inconvenientes. El tamaño compacto de los moduladores microscópicos también significa que plantean desafíos de fabricación. Para montajes tan precisos, el grupo utilizó técnicas litográficas, donde los patrones de luz cuidadosamente expuestos impulsan procesos químicos que dejan atrás los patrones de electrodos deseados.

"Cuando comienzas a trabajar con dispositivos que tienen dimensiones de sub-difracción (es decir, muy por debajo de la longitud de onda), el desafío final es dominar la fabricación, ", Dijo Leuthold." Necesitamos resoluciones litográficas del orden de 20 a 40 nanómetros ".

Utilizando formatos de modulación familiares para la comunidad de comunicaciones ópticas, Los investigadores probaron la respuesta del dispositivo en un rango de 170 GHz. Esta era una gama tan amplia de frecuencias, tuvieron que diseñar cinco configuraciones diferentes para generar todas las señales de radiofrecuencia probadas. Según Leuthold, este trabajo continúa con la esperanza de obtener mejores resultados y aplicaciones potenciales para la próxima generación de enlaces de comunicación óptica.