Ultrasnelle optische schakelaar

Schakelaars komen in grote getale voor in computers; ze zijn cruciaal voor het manipuleren van informatie die in bits is gecodeerd. Om informatieverwerking sneller te maken, wordt wereldwijd hard gewerkt aan de realisatie van optische schakelaars. Die verwerken informatie in de vorm van lichtpulsen.  

Microholtes

De snelheid van de optische schakelaars wordt beperkt door de eigenschappen van de onderliggende materialen. In moderne wetenschap en technologie worden vaak halfgeleidende materialen zoals GaAs en AlAs gebruikt met kleine holtes erin. Die kunnen op een schaal van enkele micrometer worden gemaakt. Deze ‘microholtes’ kunnen geïntegreerd worden op chips, maar ze worden ook gebruikt om e-mail, internet en TV-signalen te verzenden als optische signalen.

Nieuw ontwerp

Het Nederlands-Franse team zette een controle-laserpuls in, die de eigenschappen van de microholte onmiddellijk  verandert (door gebruik te maken van het zogeheten elektronische Kerr-effect). Op deze manier profiteren ze van enorm snelle beweging van elektronen in halfgeleiders, die ‘dansen op de maat van het laserlicht’. Dit maakt de schakelaar extreem snel. De onderzoekers moesten hiervoor de kleur van de controlelaser heel nauwkeurig afstemmen, zodat er geen absorptie van licht was. De eigenschappen van de holte worden dan alleen geschakeld bij aanwezigheid van  zowel de signaal- als de controlepulsen.

Sneller dan terahertz

De nieuwe schakelaar is een enorme stap vooruit: hij is niet beperkt tot een bepaald soort halfgeleidend materiaal of ontwerp van een holte én er is veel flexibiliteit wat betreft de kleur van het controlelicht. Met deze schakelaar zou informatie sneller dan 1000 GHz verstuurd kunnen worden – enkele honderden malen sneller dan de kloksnelheid van een snelle PC. Toekomstig onderzoek zal gericht zijn op verkleining van het systeem, zodat on-chip toepassingen gerealiseerd kunnen worden. Omdat computersnelheid voortdurend verhoogd wordt door parallel processing, belooft de nieuwe schakelaar datacommunicatie op meer dan terahertz-snelheid.

‘Ultimate fast optical switching of a planar microcavity in the telecom wavelength range‘

Het team
MESA+ Instituut voor Nanotechnologie, Enschede: dr. Georgios Ctistis, Emre Yuce MSc, dr. Alex Hartsuiker en prof.dr. Willem Vos van Complex Photonic Systems (COPS).  
(Emre Yuce en Alex Hartsuiker waren ook verbonden aan het FOM-instituut AMOLF)
Institute for Nanoscience and Cryogenics, Grenoble: drs. Julien Claudon, Maela Bazin en prof.dr. Jean-Michel Gérard.