Fotoniikkaa CMOS-piireille

Jos mikropiirien sisäinen tiedonsiirto toimisi fotonisesti, saavutettaisiin merkittävää siirtokapasiteetin kasvua sekä energiansäästöä. Ongelmana on ollut, että ratkaisut ovat edellyttäneet kalliita erikoistekniikoita.

Karlsruhe Institute of Technologyn tutkijat ovat kehittäneet 29 mikrometriä pitkän fotonisen rakenteen, joka voidaan valmistaa vakiintuneilla CMOS-tekniikoilla.

Uudenlainen sähkö-optinen muunnin koostuu kahdesta kultaelektrodista, joita erottaa toisistaan noin kymmenesosa mikrometrin levyinen ​​rako. Rako on täytetty polymeerillä, jonka taitekerroin muuttuu jännitteen avulla.

Piiaaltoputkesta tuleva jatkuva infrapunavalo virittää rakoon pintaplasmoneja. Digitaalisella datalla ohjatun jännitteen vaikutuksesta polymeerien pintapalsmonien vaihe moduloituu. Lopuksi moduloidut pintaplasmonit siirtyvät aaltoputkeen moduloidun valonsäteen muodossa. Laitteen modulointinopeus on 40 gigabittiä sekunnissa.

KIT:n mukaan laite on kompaktein vaihemodulaattori maailmassa. Yhdelle sirulle saattaa mahtua jopa satoja plasmonisia modulaattoreita joilla voitaisiin saavuttaa terabittien siirtonopeudet sekunnissa.

Tutkimus on osa EU:n NAVOLCHI-hanketta, (Nano Scale Disruptive Silicon-Plasmonic Platform for Chip-to-Chip Interconnection).

Myös amerikkalaiset panostavat aiheeseen. University of Colorado Boulderin, Massachusetts Institute of Technologyn ja University of California Berkeleyn tutkijat ovat kehittäneet CMOS-prosessiin integroitua piifotoniikkaa.

Tutkijoiden kehittämät fotoninen modulaattori ja viritettävä suodin on toteutettu IBM:n uusimmalla CMOS-prosessilla. Tämä tarkoittaa, että sirusuunnittelijoiden ei tarvitse olla fotonisten laitteiden erikoisosaajia mikä toivottavasti nopeuttaa fotonisen tekniikan kaupallistamista.

Toteutus esitellään maaliskuussa pidettävässä Optical Fiber Communication (OFC) -tapahtumassa, San Franciscossa. Tämä työ oli osa Yhdysvaltain Defense Advanced Research Projects Agencyn (DARPA) Photonically Optimized Embedded Microprocessors (POEM)-hanketta.