Moduladores convencionais de niobato de lítio [direita] são a espinha dorsal das telecomunicações modernas, converter dados eletrônicos em informações ópticas em cabos de fibra óptica, mas são volumosos, caro e com fome de energia. Este integrado, o modulador no chip [centro] é 100 vezes menor e 20 vezes mais eficiente. Crédito:Harvard SEAS
Moduladores convencionais de niobita de lítio, o carro-chefe de longa data da indústria optoeletrônica, pode em breve seguir o caminho do tubo de vácuo e do disquete. Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson desenvolveram um novo método para fabricar e projetar de forma integrada, moduladores no chip 100 vezes menores e 20 vezes mais eficientes do que os moduladores de niobita de lítio (LN) atuais.
A pesquisa é descrita em Natureza .
"Esta pesquisa demonstra um avanço tecnológico fundamental em fotônica integrada, "disse Marko Loncar, o Tiantsai Lin Professor de Engenharia Elétrica na SEAS e autor sênior do artigo. "Nossa plataforma pode levar a, em grande escala, circuitos fotônicos muito rápidos e de perda ultrabaixa, permitindo uma ampla gama de aplicações para futura comunicação e computação quântica e fotônica clássica. "
O Office of Technology Development (OTD) de Harvard trabalhou em estreita colaboração com o Loncar Lab na formação de uma empresa iniciante, HyperLight, que pretende comercializar um portfólio de propriedade intelectual fundamental relacionado a esta pesquisa. Preparar a tecnologia para o lançamento do HyperLight foi auxiliado pelo financiamento de Ciências Físicas e Acelerador de Engenharia da OTD, que fornece financiamento translacional para projetos de pesquisa que mostram potencial para impacto comercial significativo.
Os moduladores de niobato de lítio são a espinha dorsal das telecomunicações modernas, conversão de dados eletrônicos em informações ópticas em cabos de fibra óptica. Contudo, moduladores LN convencionais são volumosos, caro e com fome de energia. Esses moduladores exigem uma tensão de acionamento de 3 a 5 volts, significativamente maior do que o fornecido pelo circuito CMOS típico, que fornece cerca de 1 volt. Como resultado, separado, amplificadores que consomem energia são necessários para acionar os moduladores, limitando severamente a integração optoeletrônica em escala de chip.
Redes de fibra óptica, a espinha dorsal da internet, dependem da conversão de informações de alta fidelidade do domínio elétrico para o óptico. Os pesquisadores combinaram o melhor material óptico com abordagens inovadoras de nanofabricação e design, realizar, energia eficiente, alta velocidade, baixa perda, conversores eletro-ópticos para comunicações quânticas e clássicas. Crédito:Second Bay Studios / Harvard SEAS
"Mostramos que, integrando o niobato de lítio em um pequeno chip, a tensão da unidade pode ser reduzida a um nível compatível com CMOS, "disse Cheng Wang, co-primeiro autor do artigo, ex-Ph.D. estudante e pós-doutorado na SEAS, e atualmente é professor assistente na City University of Hong Kong. "Notavelmente, esses minúsculos moduladores também podem suportar taxas de transmissão de dados de até 210 Gbit / s. É como o Antman - menor, mais rápido e melhor. "
"Os moduladores ópticos altamente integrados, mas de alto desempenho, são muito importantes para uma integração mais próxima da óptica e da eletrônica digital, pavimentando o caminho para futuros motores de processamento optoeletrônico de fibra com fibra com saída de fibra, "disse Peter Winzer, Diretor de Pesquisa de Transmissão Óptica da Nokia Bell Labs, o parceiro industrial neste projeto, e coautor do artigo. "Vemos essa nova tecnologia de modulador como uma candidata promissora para essas soluções."
A niobita de lítio é considerada por muitos no campo como sendo difícil de trabalhar em pequenas escalas, um obstáculo que até agora excluiu a integração prática, aplicações no chip. Em pesquisas anteriores, Loncar e sua equipe demonstraram uma técnica para fabricar microestruturas de niobato de lítio de alto desempenho usando corrosão de plasma padrão para esculpir fisicamente microrressonadores em filmes finos de niobato de lítio.
Combinando essa técnica com componentes elétricos especialmente projetados, os pesquisadores agora podem projetar e fabricar um sistema integrado, modulador on-chip de alto desempenho.
"Anteriormente, se você quiser fazer moduladores menores e mais integrados, você teve que comprometer o desempenho deles, "disse Mian Zhang, um pós-doutorado na SEAS e co-primeiro autor da pesquisa. "Por exemplo, os moduladores integrados existentes podem facilmente perder a maior parte da luz à medida que ela se propaga no chip. Em contraste, reduzimos as perdas em mais de uma ordem de magnitude. Essencialmente, podemos controlar a luz sem perdê-la. "
"Como um modulador é um componente fundamental da tecnologia de comunicação - com uma função equivalente à de um transistor na tecnologia de computação - as aplicações são enormes, "disse Zhang." O fato de que esses moduladores podem ser integrados com outros componentes na mesma plataforma pode fornecer soluções práticas para redes ópticas de longa distância de próxima geração, interconexões ópticas de data center, comunicações sem fio, radar, detecção e assim por diante. "
