Schakelaars komen in grote getale voor in computers; ze zijn cruciaal voor het manipuleren van informatie die in bits is gecodeerd. Om informatieverwerking sneller te maken, wordt wereldwijd hard gewerkt aan de realisatie van optische schakelaars. Die verwerken informatie in de vorm van lichtpulsen.
Microholtes
De snelheid van de optische schakelaars wordt beperkt door de eigenschappen van de onderliggende materialen. In moderne wetenschap en technologie worden vaak halfgeleidende materialen zoals GaAs en AlAs gebruikt met kleine holtes erin. Die kunnen op een schaal van enkele micrometers gemaakt worden (slechts één honderdste van de dikte van een mensenhaar). Deze 'microholtes' kunnen geïntegreerd worden op chips, maar ze worden ook gebruikt om e-mail, internet en Tv-signalen te verzenden als optische signalen.
Nieuw ontwerp
Het Nederlands-Franse team zette een controle-laserpuls in, die de eigenschappen van de microholte onmiddellijk verandert (door gebruik te maken van het zogeheten elektronische Kerr-effect). Op deze manier profiteren ze van enorm snelle beweging van elektronen in halfgeleiders, die 'dansen op de maat van het laserlicht'. Dit maakt de schakelaar extreem snel. De onderzoekers moesten hiervoor de kleur van de controlelaser heel nauwkeurig afstemmen, zodat er geen absorptie van licht was. De eigenschappen van de holte worden dan alleen geschakeld bij aanwezigheid van zowel de signaal- als de controlepulsen.
Sneller dan terahertz
De nieuwe schakelaar is een enorme stap vooruit: hij is niet beperkt tot een bepaald soort halfgeleidend materiaal of ontwerp van een holte én er is veel flexibiliteit wat betreft de kleur van het controlelicht. Met deze schakelaar zou informatie sneller dan 1000 GHz verstuurd kunnen worden - enkele honderden malen sneller dan de kloksnelheid van een snelle PC. Met toekomstig onderzoek zal het systeem nog kleiner gemaakt worden, voor on-chip toepassingen. Omdat computersnelheid voortdurend verhoogd wordt door parallel processing, belooft de nieuwe schakelaar datacommunicatie op meer dan terahertz-snelheid.
Bron:
Universiteit Twente
Lees meer:
Fom: Ultrasnelle optische schakelaar
Wetenschappelijke publicatie:
Georgios Ctistis, Emre Yuce, Alex Hartsuiker, Julien Claudon, Maela Bazin, Jean-Michel Gérard, and Willem L. Vos: Ultimate fast optical switching of a planar microcavity in the telecom wavelength range
Grafische weergave van hoe de ultrasnelle optische schakelaar werkt
Boven Wanneer wit licht naar de holte gezonden wordt, interfereert alleen blauw licht constructief in de holte en dit wordt uitgezonden. Deze situatie definieert een 'nul-bit'.
Midden: Wanneer controle- (gemarkeerd met een groene ster) en signaallichtpuls tegelijkertijd aankomen, wordt de holte aangeschakeld door het controlelicht. Als gevolg hiervan wordt het rode licht door de holte uitgezonden. Dit definieert een 'één-bit'.
