Forscher der ETH Zürich haben sich mit einem ultraschnellen Chip bis zur verwendet werden Umwandlung schnelle elektronische Signale in ultraschnelle Lichtsignale ohne Verlust der Signalqualität direkt. Dies ist das erste Mal, dass elektronische und lichtbasierte Elemente auf demselben Chip kombiniert wurden. Das Experiment wurde in Zusammenarbeit mit Partnern in Deutschland, den USA, Israel und Griechenland durchgeführt. Dies ist technisch gesehen das Sprungbrett, da diese Elemente derzeit auf separaten Chips hergestellt und dann mit Drähten verbunden werden müssen.
Wenn elektronische Signale unter Verwendung separater Chips in Lichtsignale umgewandelt werden, verringert sich die Signalqualität und die Geschwindigkeit der Datenübertragung unter Verwendung von Licht wird ebenfalls beeinträchtigt. Dies ist jedoch nicht der Fall bei dem neuen plasmonischen Chip, der mit einem Modulator geliefert wird, einer Komponente auf dem Chip, die Licht einer bestimmten Intensität erzeugt, indem die elektrischen Signale in Lichtwellen umgewandelt werden. Die geringe Größe des Modulators stellt sicher, dass beim Konvertierungsprozess kein Qualitäts- und Intensitätsverlust auftritt, und das Licht, sondern die Daten werden schnell übertragen. Die Kombination von Elektronik und Plasmonik auf einem einzigen Chip ermöglicht die Verstärkung von Lichtsignalen und sorgt für eine schnellere Datenübertragung.
Die elektronischen und photonischen Komponenten werden wie zwei Schichten dicht aufeinander gelegt und mithilfe von „On-Chip-Durchkontaktierungen“ direkt auf dem Chip platziert, um ihn so kompakt wie möglich zu gestalten. Diese Schichtung von Elektronik und Photonik verkürzt die Übertragungswege und reduziert Verluste in Bezug auf die Signalqualität. Dieser Ansatz wird treffend als „monolithische Co-Integration“ bezeichnet, da Elektronik und Photonik auf einem einzigen Substrat implementiert sind. Die photonische Schicht auf dem Chip enthält einen plasmonischen Intensitätsmodulator, der bei der Umwandlung elektrischer Signale in noch schnellere optische Signale aufgrund der Metallstrukturen hilft, die das Licht kanalisieren, um höhere Geschwindigkeiten zu erreichen.
Die vier Eingangssignale mit niedrigerer Geschwindigkeit werden gebündelt und verstärkt, um ein elektrisches Hochgeschwindigkeitssignal zu bilden, das dann in ein optisches Hochgeschwindigkeitssignal umgewandelt wird. Dieser Prozess ist als "4: 1-Multiplexing" bekannt, bei dem erstmals Daten auf einem monolithischen Chip mit einer Geschwindigkeit von über 100 Gigabit pro Sekunde übertragen wurdenmöglich. Die hohe Geschwindigkeit wurde durch die Kombination von Plasmonik mit klassischer CMOS-Elektronik und noch schnellerer BiCMOS-Technologie erreicht. Außerdem wurden neues temperaturstabiles elektrooptisches Material der University of Washington und Erkenntnisse aus den Horizon 2020-Projekten PLASMOfab und plaCMOS verwendet. Die Forscher sind überzeugt, dass dieser ultraschnelle Chip den Weg für eine schnelle Datenübertragung in optischen Kommunikationsnetzen der Zukunft ebnen wird.