Создана первая оптическая нанокоммуникационная система, работающая в диапазоне видимого света - «Наука и технологии»

В настоящее время все беспроводные оптические коммуникационные системы, используемые на кристаллах полупроводниковых чипов, работают в длинноволновой части спектра инфракрасного света. Но использование света видимого диапазона в подобных технологиях имеет ряд преимуществ, связанных с тем, что видимый свет имеет меньшую длину волны, нежели инфракрасный. И недавно исследователи из Бостонского колледжа создали первую оптическую коммуникационную наносистему, работающую в диапазоне видимого света, а ключом к ее созданию являются оригинальные наноантенны, которые могут "собирать" фотоны света и преобразовывать их в поверхностные плазмоны, которые весьма хорошо поддаются контролю, детектированию и управлению.

Поверхностные плазмоны являются колебаниями облаков свободных электронов, возникающих после поглощения металлической поверхностью фотона света. А область науки и техники, которая использует в своих целях плазмоны и из свойства, называют плазмоникой.

Наноантенны, созданные бостонскими исследователями, являются не первыми в своем роде, но лишь они пока обладают одним из необходимых свойств - способностью направлять фотоны по строго заданному пути. В результате, использование таких антенн позволяет реализовать двунаправленный обмен информацией по единственному оптическому волноводу, световоду. Реализация одновременного излучения и детектирования фотонов на каждом из концов коммуникационной линии ранее была связана с большими трудностями технического плана, и преодоление этих трудностей является важным шагом для предоставления возможности создания быстродействующих оптических коммуникационных систем-на-чипе.

"Мы разработали систему в которой наноантенны общаются между собой, передавая фотоны света друг другу" - рассказывает Майкл Дж. Наугтон (Michael J. Naughton), профессор из Бостонского колледжа, - "Кроме того нам удалось добиться высокой эффективности, энергетические потери уменьшены на 50 процентов по сравнению с другими аналогичными технологиями". Ученые утверждают, что система с наноантеннами может обеспечить на 60 процентов более быструю передачу данных, нежели, чем плазмонные волноводы предыдущего поколения, а выигрыш по скорости у новых нанантенн составляет 50 процентов с плазмонными волноводами на основе нанопроводников.

Основной особенностью наноантенн нового типа является крошечный воздушный промежуток, созданный между волноводом и металлической подложкой. Этот промежуток был создан путем удаления части стеклянного покрытия основания, что существенно снизило "оптическое сопротивление" устройства. Изменяя толщину этого воздушного промежутка можно настраивать антенну на максимальную эффективность ее работы в том или ином диапазоне видимого света.

Проведенные эксперименты показали, что новое устройство уже сейчас существенно выигрывает по многим показателям у систем на базе кремниевых оптических волноводов, которые используются в существующих системах-на-чипе. Этот выигрыш является следствием исключения влияния эффекта замедления света в волноводах за использования плазмонов, которые в любых условиях движутся со скоростью, составляющей 90-95 процентов от скорости света.