In snelle achtervolging verschiet licht van kleur
Ultrasnelle optische schakelaar
Groen licht kan rood worden als het, in een lichtgeleider, wordt
achtervolgd door een lichtpuls met een veel grotere intensiteit. Dit
opmerkelijke effect is handig te gebruiken in optische schakelaars
gemaakt in silicium, waar groen licht rechtdoor gaat en rood licht een
andere weg volgt. Op deze manier zijn schakelaars te maken waaraan
alleen maar licht te pas komt en geen externe elektronica, met
snelheden tot honderden gigabits per seconde. Promovendus Ronald
Dekker van de MESA+-groep Integrated Optical Micro Systems presenteert
deze resultaten deze maand in het online journal Optics Express.
Dekker maakt gebruik van het verschijnsel dat er iets in het
lichtgeleidende materiaal verandert bij een puls met grote
intensiteit: de brekingsindex, bepalend voor de manier waarop licht
voortbeweegt in het materiaal. In een lichtkanaal op een chip zou een
pulsje groen licht bijvoorbeeld normaal gesproken gewoon rechtdoor
gaan. Maar stuurt Dekker er een blauwe puls met veel hogere
lichtintensiteit achteraan, dan krijgt het materiaal een `oplawaai'
die maakt dat het licht rood kleurt. De timing is zeer nauwkeurig -de
kleine en de grote puls moeten lichte overlap hebben-, anders werkt
het niet. Een kwestie van femtoseconden, een miljoenste van een
miljardste seconde.
Lichtringetjes
Dit verschijnsel is toe te passen in zogenaamde optische microring
resonatoren: lichtringetjes die als schakelaar kunnen dienen in
ultrasnelle optische circuits. Ze bestaan uit een chip met daarop twee
rechte lichtgeleiders en ertussen een ringetje met een diameter die
kleiner is dan de dikte van een mensenhaar. Groen licht gaat in de
kanalen rechtdoor, met rood licht gebeurt iets anders. De afmetingen
van het ringetje maken dat rood licht daarin wordt `gevangen' en door
het tegenoverliggende kanaal wordt opgepikt. Op die manier zijn enen
en nullen te schakelen met licht, men zou dus van een optische
transistor kunnen spreken. De chip wordt dan bijvoorbeeld aangesloten
op glasvezels in een internetknooppunt of telefooncentrale. Snelheden
van honderd gigabits per seconde zijn haalbaar, en dat is ook nodig
voor de toekomstige intensiteit van het dataverkeer. Het `van kleur
verschieten' van het licht gebeurt in slechts een paar picoseconden,
precies genoeg om van het uiteinde van het kanaal naar het ringetje te
komen.
Tot nu toe worden de materiaaleigenschappen bijvoorbeeld beïnvloed
door een miniatuur verwarmingselementje boven het ringetje te
plaatsen. Het nadeel daarvan is dat toch weer externe elektronica
nodig is, bovendien werkt het opwarmen en afkoelen vertraging in de
hand. Door het materiaal met licht zelf te beïnvloeden, dus alles met
licht te doen, kunnen snelheden worden bereikt die voor elektronische
schakelingen nog ondenkbaar zijn.
Zonder sterke `achtervolgende' lichtpuls gaat het groene licht gewoon
rechtdoor (linker plaatje), als het wordt achtervolgd kleurt het rood
en wordt het via het ringetje naar de overkant geleid (rechter
plaatje), waar het in tegenovergestelde richting als rood licht
voortbeweegt. Een volledig optische schakelaar is het resultaat
Het onderzoek van Dekker, onder leiding van prof.dr. Alfred Driessen,
is gedaan in de groep Integrated Optical Micro Systems (IOMS) van het
MESA+ Institute for Nanotechnology in nauwe samenwerking met
onderzoekers van de Rheinisch Westfälische Technische Hochschule
(RWTH) in Aken.
Een spin-off onderneming voortgekomen uit de IOMS groep, Xio Photonics
genaamd, werkt aan de ontwikkeling van marktrijpe chips o.a. gebaseerd
op ringresonatoren.
Het gehele artikel is te lezen op www.opticsexpress.org, Vol. 14,
Issue 18, pp. 8336-8346.
Contactpersoon voor de pers: Wiebe van der Veen, tel (053) 4894244
Top
Laatst gewijzigd op 21-09-2006 10:14:38 door Webmaster
Universiteit Twente