Mikrokokoisia optisia kytkimiä

Rutgers Universityn ja National Institute of Standards and Technologyn (NIST) tutkijoista koostuneen ryhmän kehittämä tekniikka voi tuottaa optiset kytkimet alle mikroneliömetrin alalle, joten se mahdollistaa tiheät kytkentäkentät mikropiireille.

Nykyisien jo vakiintuneiden optisien kytkentäteknologioiden, jotka perustuvat muun muassa MEMS, litiumniobaatti sekä pii ja elektro-optisiin polymeeriplasmonisiin tekniikoihin, aktiiviset elementit vaativat jopa satojen mikronien ulottuvuuksia.

Tutkijat ovat osoittaneet, että optinen signaali voidaan moduloida 200 nanometrin kokoiseen aaltoputkeen. Signaalin vaihetta moduloidaan kun se kulkee kahden kultakerroksen välissä olevassa ilmaraossa ja ylemmän kultakerroksen muotoa sähköisesti ohjaten hieman muutetaan.

Tutkijat ovat kokeellisesti verifioineet tällaisia laitteita 23 mikronia pitkässä aaltoputkessa, jossa rako on noin 200 nm, mutta he tutkivat aihetta myös tietokonemallintamisella, jossa aaltojohtimet skaalattiin yhden mikronin pituisiksi ja rako 20 nanometriin.

Mallinnuksessa rakenne toimi ilman merkittäviä häviöitä, mikä tukijoiden mukaan tarkoittaa sitä, tällaiset optiset kytkimet voidaan skaalata lähemmäs elektronisten laitteiden mittoja.

Oheisessa kuvassa herätelaser (pystysuora valo oikealla) kytkeytyy kulta/ilma/kulta aaltojohteen ylemmässä kultakerroksessa etenevien rakoplasmonien mikrosäteisiin. Kun niitä ajetaan kohti alempaa kultakerrosta, aaltojohteen tehollinen taitekerroin kasvaa rakoplasmonin vaihetta hidastaen.

Kehitetylle nanomekaanis-plasmoniselle vaihemodulaattorille löytyy sovelluksia optisissa kytkinmatriiseissa ja uudelleen konfiguroitavasta plasmoniikka-optiikasta.