A população de hoje está crescendo em população e a produtividade exige cada vez mais da Internet, e sem desenvolvimentos científicos para fornecer maneiras de atender às nossas necessidades de tráfego, ele vai começar a entupir. Mapear fótons para uma superfície de metal e convertê-los em um tipo particular de oscilações eletrônicas, chamados plasmons, pesquisadores da Suíça, A Alemanha e os Estados Unidos colaboraram para desenvolver uma nova maneira de transmitir informações nos sinais de luz enviados pelas redes de fibra óptica da Internet.

O trabalho deles desenvolvendo esses moduladores plasmônicos de banda larga, que operam a mais do que o limite de 100 Gbit / s de dispositivos fotônicos para uma única portadora, será apresentado na Conferência e Exposição de Comunicações de Fibra Óptica (OFC), realizada de 19 a 23 de março em Los Angeles, Califórnia, EUA.

O salto do envio de sinais eletrônicos por fios para o envio de sinais ópticos por fibras revolucionou a Internet, oferecendo capacidade e taxas de transferência significativamente maiores. Os sinais produzidos por chips eletrônicos de computadores foram codificados em luz como modulações, que poderia então viajar em velocidades relativísticas através das fibras ópticas.

Agora chegamos a um ponto, Contudo, onde converter os sinais elétricos em ópticos pode ser um gargalo para a comunicação óptica.

Digite:plasmons. Plasmons são ondas no "mar" energeticamente fluido-like de elétrons em muitos metais condutores como ouro. Muito parecido com as ondas de água na superfície de um lago de uma rocha que salta, plasmons carregam energia da luz que atinge uma superfície como ondas de elétrons oscilando coletivamente. Sob as condições certas, a luz pode excitar esses plasmons microscópicos e converter o sinal de uma onda de luz - de natureza puramente fotônica - em um plasmon que viaja ao longo da superfície do metal.

"Em vez de depender da fotônica, agora trabalhamos com plasmonics, "disse Claudia Hoessbacher, a autora principal do artigo e membro do Instituto de Campos Eletromagnéticos da ETH em Zurique, Suíça. "O trabalho foi desencadeado ao perceber que chegamos ao limite da fotônica do silício. O silício não nos proporcionaria mais uma velocidade maior, nem nos permitiria ficar mais compactos. "

O novo dispositivo modulador apresenta dois conjuntos de pares de eletrodos de ouro separados por uma fenda estreita com menos de cem nanômetros de largura, centenas de vezes menor que um fio de cabelo humano. As ranhuras são preenchidas com um material eletro-óptico orgânico cujas propriedades de refração de luz mudam previsivelmente em um campo elétrico aplicado.

O ouro está entre os elementos mais plasmonicamente ativos e essas lacunas preenchidas com silício atuam como guias de onda para os plasmons. Todo o arranjo forma um micro-interferômetro, onde o sinal modulado resultante surge da combinação dos sinais que viajam através de cada um dos dois caminhos de material eletro-óptico.

Como esses componentes plasmônicos são metálicos, eles têm o benefício adicional de servir potencialmente como seus próprios contatos elétricos.

As maiores vantagens desses moduladores, Contudo, são seu tamanho compacto e largura de banda significativamente ampla, o que permite um maior volume de fluxo de informações, apoiando um espectro mais amplo de frequências. A grande largura de banda se deve a uma resposta quase instantânea dos elétrons aos campos eletromagnéticos. Embora os plasmons não viajem longas distâncias com eficiência, seu tamanho compacto minimiza essa desvantagem.

"Inicialmente, tínhamos medo de que as perdas fossem muito altas porque as perdas plasmônicas são conhecidas por serem altas, "disse Leuthold, que chefia o instituto de pesquisa da ETH. "Nossa segunda geração do dispositivo trouxe um grande avanço. Percebemos que as não linearidades eram muito maiores do que se esperaria normalmente. Graças a essas altas não linearidades, poderíamos fabricar dispositivos curtos e, portanto, as perdas também seriam suficientemente baixas."

O pequeno tamanho desses novos dispositivos não é totalmente isento de desvantagens. O tamanho compacto dos moduladores microscópicos também significa que eles representam desafios de fabricação. Para montagens tão precisas, o grupo usou técnicas litográficas, onde padrões de luz cuidadosamente expostos conduzem processos químicos que deixam para trás os padrões de eletrodo desejados.

"Quando você começa a trabalhar com dispositivos que têm dimensões de sub-difração (ou seja, muito abaixo do comprimento de onda), o desafio final é dominar a fabricação, "Leuthold disse." Precisamos de resoluções litográficas na ordem de 20 a 40 nanômetros. "

Usando formatos de modulação familiares à comunidade de comunicações ópticas, os pesquisadores testaram a resposta do dispositivo em uma faixa de 170 GHz. Esta era uma ampla gama de frequências, eles tiveram que conceber cinco configurações diferentes para gerar todos os sinais de radiofrequência testados. De acordo com Leuthold, este trabalho continua na esperança de resultados ainda melhores e aplicações potenciais para a próxima geração de links de comunicação óptica.