Universiteit Twente

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