17 feb. 1999
2 minuten
Voor het eerst zijn onderzoekers van het Mesa+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente erin geslaagd, een lichtgeleidende chip te fabriceren waarin ‘klassieke’ silicium lichtgeleiders worden gecombineerd met een materiaal dat erbium bevat. Dat maakt ‘on-chip’ versterking van het lichtsignaal mogelijk, bij zeer hoge snelheden.
Licht vindt in optische chips vaak zijn weg via kanalen van silicium. Vanuit bijvoorbeeld een glasvezel wordt het licht op de chip door een structuur van kanalen geleid, gesplitst, gekoppeld. Silicium leent zich hiervoor goed, maar het blijft wel passieve lichtgeleiding. Om het licht te versterken, of om zelfs een lichtbron op de chip te creëren, is méér nodig. Vaak worden daarvoor andere typen halfgeleiders gebruikt zoals galliumarsenide. Maar ook materialen die ‘gedoteerd’ zijn met het zeldzame-aardemetaal erbium zijn geschikt.
Tot nu toe werden silicium en erbium-gedoteerde materialen nog niet op een enkele chip aangebracht. Onderzoeker Laura Agazzi demonstreert nu in haar proefscrift voor het eerst een werkende chip, die in potentie versterking kan laten zien bij snelheden tot 170 Gbit/s. De prototypechip haalt een versterking van 7,2 decibel (factor 2,3) bij infrarood licht met een golflengte van 1533 nanometer. De prototypechip is daarmee een begin, maar hij levert al goede resultaten. Zo is er ook een laser mee te maken met een extreem smalle lijnbreedte van 1,7 kilohertz.
"Overal waar je emissie of versterking van licht nodig hebt op een chip, is deze integratie geschikt. Dat beperkt zich niet tot de telecommunicatie. Ook bijvoorbeeld voor sensortoepassingen, om heel kleine deeltjes op te sporen."
Trade-off
Laura Agazzi heeft uitvoerig de optische eigenschappen van aluminiumoxide met erbium onderzocht, om ook de mechanismen te begrijpen die een goede werking in de weg staan. Zo is er een proces van interactie tussen twee geladen deeltjes, ionen, dat Energy-transfer up conversion (ETU) heet, en dat schadelijk kan zijn voor de werking. "Voor een grote versterking wil je zoveel mogelijk erbiumionen in het materiaal, maar dit vergroot ook de kans op ETU. Wel kun je het gastmateriaal proberen aan te passen, zodat er minder interactie tussen erbium-ionen zal zijn, of bij de fabricage de temperatuur anders instellen. Hier heb ik met mijn modellen beter zicht op gekregen."
Ook andere mechanismen die de versterking negatief kunnen beïnvloeden, heeft zij voor het eerst uitvoerig onderzocht. Laura Agazzi (1983, Vimercate, Italië) heeft haar onderzoek uitgevoerd in de groep Integrated Optical Microsystems (IOMS) van prof Markus Pollnau, onderdeel van het Mesa+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente. Op 20 september is zij gepromoveerd op haar proefschrift Spectroscopic Excitation and Quenching Processes in Rare-Earth-Ion-Doped Al2O3 and their Impact on Amplifier and Laser Performance.
Anderen lazen ook
