Wetenschappers van de Universiteit Twente, het FOM-instituut Amolf in Amsterdam en het Institute for Nano-science and Cryogenics (CEA/INAC) in Grenoble zijn erin geslaagd om een ultra-snelle optische schakelaar met een microholte te maken. Hij schakelt aan- en uit in een recordtijd van minder dan 1 ps (pico-seconde, 10-12 s). Dit is veelbelovend voor optische datacommu-nicatie.
Schakelaars 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.
De snelheid van de optische schakelaars wordt beperkt door de eigen-schappen van de onderliggende materialen. In moderne technologie worden vaak halfgeleiders zoals GaAs en AlAs gebruikt met kleine holtes erin. Die kunnen op een schaal van enkele micrometers gemaakt worden. Deze ‘microholtes’ kunnen worden geïntegreerd 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 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.
Wanneer wit licht naar de holte gezonden wordt, interfereert alleen blauw licht constructief in de holte en dit wordt uitgezonden. Deze situatie definieert een ‘nul-bit’ (boven). Wanneer controle- (gemarkeerd met een groene ster) en signaallichtpuls tegelijkertijd aankomen, wordt de holte aangeschakeld door het controlelicht. Als gevolg hiervan wordt het rode licht door de holte uitgezonden. Dit definieert een ‘één-bit’ (midden). Kort hierna keert de toestand terug naar de uitgangssituatie (onder).
Sneller dan 1 THz
De nieuwe schakelaar is een grote 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 1 THz (1000 GHz) kunnen worden verstuurd, honderden malen sneller dan de kloksnelheid van een snelle PC.
Toekomstig onderzoek zal zijn gericht op verkleining van het systeem, zodat on-chip toepassingen kunnen worden gerealiseerd. Omdat computersnelheid voortdurend wordt verhoogd door parallel processing, belooft de nieuwe schakelaar datacommunicatie op meer dan terahertz-snelheid.
