Создан новый электрооптический модулятор, имеющий в 100 раз меньшие размеры, чем другие подобные устройства - «Наука и технологии»

В настоящее время огромные объемы информации передаются на очень высоких скоростях через оптоволоконные кабели в виде импульсов света. Для передачи их в таком виде электрические сигналы, которыми оперируют наши компьютеры и смартфоны, должны быть сначала преобразованы в оптические сигналы. Именно для этой цели и служат устройства, называемые электрооптическими модуляторами. Однако, существующие модуляторы достаточно велики и сложны для того, чтобы быть встроены в электронные схемы, элементы которых иногда имеют размеры в несколько микрометров.

Вполне вероятно, что в недалеком будущем оптический кабель все же можно будет подключать прямо к мобильному телефону или планшетному компьютеру, не говоря уже о более габаритной вычислительной технике. И это станет возможным благодаря работе исследователей из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) в Цюрихе, которые разработали и изготовили оптические модуляторы, размер которых в 100 раз меньше, нежели размер подобных устройств, используемых в настоящее время. Кроме этого, уровень потребления энергии такими модуляторами также приблизительно в 100 раз ниже и все это вместе позволит встраивать такие устройства в состав чипов малогабаритной электронной техники, работающей за счет энергии, хранимой в аккумуляторных батареях.

Для того, чтобы эффективно промодулировать луч света, для начала требуется его сфокусировать в пределах очень малого объема пространства модулятора. Однако, законы оптики определяют, что размер сфокусированного луча и, следовательно, объем пространства не могут быть меньше длины волны света. В современных коммуникациях используется свет инфракрасных лазеров с длиной волны 1500 нанометров (1.5 микрометра), что и определяет минимально допустимые размеры рабочей области существующих модуляторов.

Для того, чтобы обойти вышеописанное ограничение и сделать модулятор меньшего размера, свет лазера сначала превращается в поверхностные плазмоны-поляритоны. Эти плазмоны-поляритоны представляют собой комбинацию электромагнитных полей и свободных электронов, которые колеблются с определенной частотой и могут двигаться по поверхности металлов. В конце металлической полосы, которая является своего рода проводником для этих квазичастиц, происходит обратное их преобразование в свет. Преимущества такого подхода заключаются в том, что плазмоны-поляритоны могут быть заключены в пространстве намного меньшего размера, чем "породивший" их луч лазерного света.

Благодаря вышеописанному подходу, получившийся оптический модулятор имеет намного меньшие размеры, нежели модуляторы, манипулирующие исключительно потоком света. Более того, такой модулятор расходует намного меньше энергии, всего несколько тысячных долей Ватта при скорости передачи данных на уровне 70 гигабит в секунду. Кроме этого, для производства новых оптических модуляторов подходят имеющиеся на сегодняшний день технологии производства полупроводниковых приборов, что, в свою очередь, определяет его низкую себестоимость.