Nopeita lämpöä sietäviä polymeerimodulaattoreita

Datan aaltomuodot siirtonopeudella 200 Gbit/s käyttämällä hybridipolymeerimodulaattoria, joka kykenee toimimaan jopa 110 °C:n lämpötiloissa. Signaalit voivat olla yksi neljästä eri tasosta, jotka vastaavat kahta bittiä, jolloin päällekkäisissä signaaleissa on kolme reikää.

(17.11.2020) Hybridit pii-polymeeri-modulaattorit, jotka pystyvät optisiin tiedonsiirtonopeuksiin 200 Gbit/s jopa 110 °C:n lämpötilassa, voivat auttaa vähentämään datakeskuksen jäähdytyskustannuksia.

Japanilaisen Kyushun yliopiston tutkijoiden kehittämät pii-polymeeri-hybridimodulaattorit mahdollistavat optisten datayhteyksien muodostamisen, jotka ovat sekä erittäin nopeita että luotettavia korkeissa lämpötiloissa, mikä vähentää jäähdytystarvetta monissa sovelluksissa.

Suurin osa nykyisistä modulaattoreista käyttää epäorgaanisia puolijohteita tai kiteitä sähköoptisena materiaalina, mutta orgaanisella pohjalla olevilla polymeereillä on etuna, että ne voidaan valmistaa erinomaisilla sähköoptisilla ominaisuuksilla alhaisin kustannuksin ja käyttää matalilla jännitteillä.

"Polymeereillä on hyvät mahdollisuudet käyttää modulaattoreita, mutta luotettavuusongelmat on silti ratkaistava monissa teollisuuden sovelluksissa", kertoo professori ja tutkimusyhteistyön vetäjä Shiyoshi Yokoyama.

Tutkimusryhmä käytti polymeeriä, jonka he suunnittelivat osoittamaan erinomaisia sähköoptisia ominaisuuksia 172 °C:n lasittumislämpötilassa, sisällyttämällä siihen sopivia kemiallisia ryhmiä. Tutkijoiden pii-polymeeri-hybridimodulaattorin toiminta perustuu Mach – Zehnder -interferometrikonfiguraatioon, joka on vähemmän herkkä lämpötilan muutoksille kuin jotkut muut arkkitehtuurit.

Modulaattoreissa, jotka koostuvat useista kerroksista, mukaan lukien polymeeri ja pii, tuleva lasersäde jaetaan kahteen yhtä pituiseen haaraan. Sähkökentän levittäminen sähköoptisen polymeerin poikki yhdessä haarassa muuttaa optisia ominaisuuksia siten, että valoaalto siirtyy hieman. Kun molemmat haarat palaavat yhteen, modifioitujen ja modifioimattomien säteiden välinen interferenssi muuttaa sekoitetun lähtösäteen voimakkuutta vaihesiirron määrästä riippuen, koodaten siten dataa valoon.

Käyttämällä yksinkertaista OOK -tiedonsiirtomenetelmää saavutettiin yli 100 Gbit/s nopeudet, kun taas neljän signaalitason monitasomoduloinnilla (PAM4) saattoi saavuttaa nopeuden 200 Gbit/s.

Tämä suorituskyky säilyi vähäisillä muutoksilla, vaikka laitteita käytettäisiin lämpötiloissa, jotka vaihtelivat välillä 25 °C - 110 °C, ja sen jälkeen, kun laitteita oli altistettu 90 °C: n lämmölle 100 tunniksi, mikä osoittaa modulaattoreiden kestävyyden ja vakauden poikkeuksellisen laajalla lämpötila-alueella.

"Tällainen suorituskyky osoittaa, kuinka lupaavia polymeerejä on tulevaisuuden tietoliikennetekniikoille", Yokoyama toteaa.

Aiheesta aiemmin:

Tehokkaampaa optis-elektronista muunnosta

Vaihtoehto grafeenille (pii ja polymeeri)