Imagen microscópica de un chip. Arriba a la izquierda:modulador funcional con contactos eléctricos; derecha:modulador de prueba sin contacto eléctrico; a continuación:componentes de prueba. Crédito:ETH Zurich
Los investigadores de ETH Zurich han desarrollado el primer componente de circuito optoelectrónico que funciona sin vidrio y, en cambio, está hecho de metal. El componente, denominado modulador, convierte las señales de datos eléctricos en señales ópticas. Es más pequeño y más rápido que los moduladores actuales, y mucho más fácil y económico de hacer.
Los componentes ópticos para microelectrónica deben estar hechos de vidrio. Los metales no son adecuados para este propósito, dado que los datos ópticos pueden propagarse solo a una distancia aproximada de 100 micrómetros. Esta fue la visión general de los científicos hasta hace poco. Un equipo de investigadores encabezado por Juerg Leuthold, profesor del Departamento de Tecnología de la Información e Ingeniería Eléctrica, ahora ha logrado hacer lo que se creía imposible y ha desarrollado un componente de procesamiento de luz hecho de metal. Los investigadores han presentado sus hallazgos en el último número de la revista. Ciencias .
Lograron esta hazaña construyendo un componente lo suficientemente pequeño:con solo 3 x 36 micrómetros, está dentro de un rango de tamaño en el que tanto la información óptica como la eléctrica pueden propagarse en los metales.
Componente para redes de fibra óptica
El componente es un modulador:los moduladores convierten las señales de datos eléctricos en señales ópticas. Se instalan en enrutadores de Internet modernos utilizados para redes de fibra óptica y permiten conexiones de datos de fibra óptica entre unidades informáticas en centros de datos. Sin embargo, los componentes estándar utilizados hoy funcionan de manera diferente a los nuevos moduladores.
El nuevo componente funciona dirigiendo la luz de una fuente de fibra óptica al modulador, haciendo que los electrones de su superficie oscilen. Los expertos se refieren a esto como una oscilación de plasmón superficial. Esta oscilación se puede cambiar indirectamente mediante pulsos de datos eléctricos. Cuando la oscilación de los electrones se convierte de nuevo en luz, la información eléctrica ahora se codifica en la señal óptica. Esto significa que la información se convierte de un pulso de datos eléctrico a uno óptico que se puede transmitir a través de fibra óptica.
Representación esquemática del modulador metálico:Izquierda:un haz de luz continuo incide en una red metálica que desvía la luz hacia el chip. Derecha:un pulso de datos ópticos sale del componente. Crédito:ETH Zurich
Más rápido y más pequeño
Hace dos años, Leuthold y sus colegas desarrollaron uno de estos moduladores plasmónicos. En el momento, fue el modulador más pequeño y rápido jamás construido, pero el chip semiconductor todavía tenía varios componentes de vidrio.
Sustituyendo todos los componentes de vidrio por metálicos, los científicos han logrado construir un modulador aún más pequeño que funciona a la máxima velocidad. "En metales, los electrones pueden moverse prácticamente a cualquier velocidad, Considerando que la velocidad en el vidrio está limitada debido a sus propiedades físicas, "dice Masafumi Ayata, estudiante de doctorado en el grupo de Leuthold y autor principal del estudio. En el experimento, los investigadores lograron transmitir datos a 116 gigabits por segundo. Están convencidos de que con nuevas mejoras, serán posibles velocidades de transferencia de datos aún mayores.
Grabado de una capa de oro
El prototipo de modulador probado por los investigadores de ETH está hecho de una capa de oro que se encuentra sobre una superficie de vidrio. Los científicos enfatizaron que el vidrio no tiene ninguna función. "En lugar de la capa de vidrio, también podríamos utilizar otras superficies lisas adecuadas, ", dice Leuthold. También podría ser posible utilizar cobre menos costoso en lugar de oro para aplicaciones industriales. El punto importante es que solo se requiere una capa metálica para los nuevos moduladores". Esto los hace mucho más fáciles y baratos de fabricar, "dice Leuthold.
Los investigadores ya están trabajando con un socio industrial para poner en práctica el nuevo modulador, y se están manteniendo conversaciones con otros socios. Sin embargo, Leuthold cree que puede ser necesario un mayor desarrollo antes de que la tecnología esté lista para el mercado; por ejemplo, espera que la pérdida actual de intensidad de la señal durante la modulación pueda reducirse aún más.
Para ordenadores y vehículos autónomos
El nuevo modulador podría algún día usarse no solo para aplicaciones de telecomunicaciones, pero también para ordenadores. "La industria de la computación está considerando el uso de fibra óptica para transferir datos entre los chips individuales dentro de las computadoras, "dice Leuthold. Sin embargo, esto requeriría pequeños moduladores, como los que han desarrollado Leuthold y su equipo.
Por último, También es concebible que los moduladores se puedan usar en pantallas, incluidas las flexibles, y sensores ópticos, como los del sistema Lidar para la medición de distancias que se utilizan en automóviles (semiautónomos).
