Sur cette puce de silicium illustrée (en gris), les données électriques (blanches) voyagent à travers les modulateurs électro-optiques basés sur l'interféromètre de Mach-Zehnder (MZI), codage des données électriques dans le domaine optique au moyen de déphaseurs plasmoniques accordables à base d'ITO (plaques dorées au-dessus des deux sections MZI) capables de fonctionner à plusieurs longueurs d'onde de la lumière dans la bande C pertinente pour les télécommunications (rouge et violet). capable de fonctionner à plusieurs longueurs d'onde de la lumière dans la bande C pertinente pour les télécommunications (rouge et violet), améliorant ainsi la vitesse et l'efficacité des applications optiques telles que la transmission de données ou les réseaux de neurones pour l'intelligence artificielle. Crédit :Mario Miscuglio et Rubab Amin
Des chercheurs de l'Université George Washington ont développé et démontré pour la première fois un modulateur électro-optique à base de silicium qui est plus petit, aussi rapide et plus efficace que les technologies de pointe. En ajoutant de l'oxyde d'indium et d'étain (ITO) - un oxyde conducteur transparent présent dans les écrans tactiles et les cellules solaires - à une plate-forme de puce photonique en silicium, les chercheurs ont pu créer un appareil compact de 1 micromètre et capable de produire rapidement des gigahertz, ou 1 milliard de fois par seconde, modulation du signal.
Les modulateurs électro-optiques sont les chevaux de bataille d'Internet. Ils convertissent les données électriques des ordinateurs et des smartphones en flux de données optiques pour les réseaux de fibre optique, permettant des communications de données modernes comme le streaming vidéo. La nouvelle invention arrive à point nommé car la demande de services de données augmente rapidement et évolue vers les réseaux de communication de nouvelle génération. Profitant de leur faible encombrement, les convertisseurs électro-optiques peuvent être utilisés comme transducteurs dans le matériel informatique optique tel que les réseaux de neurones artificiels optiques qui imitent le cerveau humain et une pléthore d'autres applications pour la vie moderne.
Les modulateurs électro-optiques utilisés aujourd'hui ont généralement une taille comprise entre 1 millimètre et 1 centimètre. La réduction de leur taille permet d'augmenter la densité des emballages, ce qui est vital sur une puce. Alors que le silicium sert souvent de structure passive sur laquelle sont construits les circuits intégrés photoniques, l'interaction matière légère des matériaux silicium induit un changement d'indice optique assez faible, nécessitant une plus grande empreinte de l'appareil. Alors que des résonateurs pourraient être utilisés pour amplifier ce faible effet électro-optique, ils rétrécissent la plage de fonctionnement optique des appareils et entraînent une consommation d'énergie élevée des éléments chauffants requis.
En ajoutant de manière hétérogène une fine couche de matériau d'oxyde d'indium et d'étain à la puce de guide d'ondes photonique en silicium, chercheurs de l'Université George Washington, dirigé par Volker Sorger, professeur agrégé de génie électrique et informatique, ont démontré un changement d'indice optique 1, 000 fois plus gros que le silicium. Contrairement à de nombreuses conceptions basées sur des résonateurs, ce dispositif à large bande spectrale est stable contre les changements de température et permet à un seul câble à fibre optique de transporter plusieurs longueurs d'onde de lumière, augmenter la quantité de données pouvant circuler dans un système.
« Nous sommes ravis d'avoir atteint cet objectif de dix ans de démonstration d'un modulateur ITO rapide en GHz. Cela ouvre un nouvel horizon pour les dispositifs photoniques reconfigurables de nouvelle génération avec des performances améliorées mais une taille réduite, " a déclaré le Dr Sorger.
Le papier, "Modulateur plasmonique Mach Zehnder ITO à large bande sous- GHz sur photonique sur silicium, " a été publié aujourd'hui dans la revue Optique .
