Eine Zusammenarbeit mit der Harvard University hat zur Entwicklung eines elektrooptischen Modulators der neuen Generation geführt, der seinen sperrigen Vorgänger durch die Schaffung eines kleineren, stärkeren, kühleren, schnelleren und kostengünstigeren On-Chip-Systems ausmerzen könnte.
Der neue Modulator wurde durch die Nutzung einer „schwierigen“ Verbindung ermöglicht – Siliziumkarbid. Siliziumkarbid wurde erstmals vor mehr als drei Jahrzehnten als Photonik-Wundermaterial anerkannt, als festgestellt wurde, dass es den „Pockels-Effekt“ zeigt – eine Lichtpolarisationstechnik, die in der Elektrotechnik verwendet wird. Trotz der außergewöhnlichen Haltbarkeit von Siliziumkarbid in anspruchsvollen elektrischen, mechanischen und Strahlungsumgebungen war seine Verwendung in der Photonik begrenzt.
Die Forscher glauben an ihre Technik, die in beschrieben wurde Naturkommunikation, wird die Quantenkommunikation und die Mikrowellenphotonik voranbringen, indem es die photonische Integration erleichtert; die Co-Integration mit traditioneller Elektronik und Quantenemittern.
Der leitende Forscher der School of Electrical and Information Engineering der University of Sydney, Professor Xiaoke Yi, sagte: „Die Verwendung von Siliziumkarbid wird möglicherweise ein neues Kapitel der Möglichkeiten in der Photonik für verschiedene Anwendungen, einschließlich Quantencomputer, eröffnen.“
Elektrooptische Modulatoren codieren elektrische Signale auf einen optischen Träger. Sie sind unerlässlich für den Betrieb globaler Kommunikationssysteme und Rechenzentren, die in einer Reihe von Anwendungen und Branchenumgebungen wie künstlicher Intelligenz (KI), Breitbandnetzen und Hochleistungsrechnen eingesetzt werden.
„Modulatoren, die den Pockels-Effekt nutzen, ermöglichen eine verlustarme, ultraschnelle und breitbandige Datenübertragung. Die Überwindung der früheren Unbrauchbarkeit von Siliziumkarbid kann einzigartige photonisch integrierte Schaltkreise ermöglichen, um Breitband- und Hochgeschwindigkeitssignale zu übertragen und zu verarbeiten – sowie für Emerging Quantentechnologien“, sagte Professor Yi, der dem Sydney Nano Institute angehört.
„Wir hoffen auch, dass es dazu beitragen wird, Photonik mit Elektronik zu integrieren – und möglicherweise den Weg für eine neue Generation integrierter Geräte ebnet, die für die Signalverarbeitung, Mikrowellen-Photonik, Chip-zu-Chip- oder Intra-Chip-Verbindungen verwendet werden.“
Der leitende Forscher der Harvard University, Professor Marko Loncar, sagte: „Der Siliziumkarbid-Modulator wird wahrscheinlich Anwendungen in der Quantenkommunikation finden. Beispielsweise könnten sie verwendet werden, um die zeitlichen und spektralen Eigenschaften von Quantenemittern zu steuern, die in diesem Material vorhanden sind, sowie um leitet die Photonen rekonfigurierbar weiter.“
Es wurde gezeigt, dass der Modulator der Universität von Sydney und Harvard keine Signalverschlechterung aufweist und einen stabilen Betrieb bei hohen optischen Intensitäten demonstrierte, was hohe optische Signal-Rausch-Verhältnisse für die moderne Kommunikation in Rechenzentren, 6G und Satelliten sowie das zukünftige Quanteninternet ermöglicht.
Keith Powell et al., Integrierter elektrooptischer Modulator aus Siliziumkarbid, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-29448-5