Создан широкополосный плазмонный модулятор, способный обеспечить скорость передачи информации в 100 Гбит/сек - «Наука и технологии»

Информационные потребности современного общества растут такими темпами, что без внедрения новых технологий нынешний Интернет вскоре перестанет справляться с передачей огромных объемов курсирующей по нему информации. И одной из таких новых технологий является созданный учеными из Швейцарии, Германии и США широкополосный модулятор, предназначенный для превращения электрических сигналов в оптические, и делающий это за счет использования колебаний облаков свободных электронов на поверхности металла, так называемых плазмонов. Практическое применение нового плазмонного модулятора, способного работать на скорости более 100 Гбит/сек, позволит создать коммуникационные фотоэлектронные устройства, обеспечивающие такую же самую скорость передачи информации при помощи единственного луча света.

Напомним нашим читателям, что плазмоны - это подобные жидкости облака свободных электронов, возникающие тогда, когда фотоны света ударяются в поверхность некоторых металлов, золота и серебра, в частности. Плазмоны, подобно ряби от брошенного в воду камня, могут оказывать воздействие на проходящие мимо световые волны. Комбинация этой способности со способностью плазмонов реагировать на световые волны позволяет создать на из базе, как модуляторы, так и детекторы, выполняющие обратное преобразование, преобразование оптического сигнала назад в электрический.

Новый плазмонный модулятор состоит из двух пар золотых электродов устроенных определенным образом друг относительно друга. Их разделяет "щель", толщиной всего в сотню нанометров, объем которой заполнен специальным кремнийсодержащим органическим электрооптическим материалом, коэффициент преломления и другие оптические свойства которого изменяются в ответ на прикладываемое к нему электрическое поле.

Заполненные кремнийсодержащим веществом промежутки между золотыми электродами действуют в качестве "волноводов" для плазмонов, интенсивно возникающих под воздействием света на поверхности золота. И все это представляет собой микроинтерферометр, модулированный выходной сигнал которого является комбинацией двух сигналов, подаваемых на разные пары электродов. Поскольку плазмонные компоненты модулятора изготовлены из металла, они одновременно выполняют роль электрических контактов, позволяющих подавать или считывать с них электрические сигналы.

Еще одним главным преимуществом нового плазмонного модулятора, помимо широкой полосы пропускания, является его компактный размер, позволяющий полностью использовать весь потенциал плазмонов, несмотря на то, что плазмоны сами по себе не могут распространяться на большие расстояния. Однако компактность нового устройства имеет и обратную сторону медали, связанную с производственными технологическими проблемами. Необходимую для этого точность могут обеспечить лишь самые современные методы электронно-лучевой, ионной и ультрафиолетовой литографии. "Когда мы начинаем работать с устройствами, размеры которых значительно меньше длины волны используемого света, мы сталкиваемся с рядом технологических проблем" - пишут исследователи, - "Для всего этого нам требуется литография с разрешающей способностью от 20 до 40 нанометров".

Используя традиционные формы модуляции оптических сигналов, ученые проверили работоспособность нового плазмонного модулятора в диапазоне частот до 170 ГГц. Ширина охватываемой полосы оказалась настолько велика, что для проверки параметров модулятора ученым пришлось использовать пять различных установок, каждая из которых работала в своем поддиапазоне электромагнитного спектра.

А ученые, тем временем, собираются продолжить работу над новым модулятором, что, по их мнению, позволит повысить его, и без того впечатляющие, характеристики.