Dekker maakt gebruik van het verschijnsel dat de brekingsindex van zijn lichtgeleidende materiaal verandert bij een puls met grote intensiteit. De index is 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 luistert nauwkeurig – de kleine en de grote puls moeten lichte overlap hebben – anders werkt het proces niet. Een kwestie van femtoseconden, een miljoenste van een miljardste seconde.
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. bron: MESA+.
Lichtringetjes
Dekker’s lichtkleuring 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 van een microring 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, kunnen snelheden worden bereikt die voor elektronische schakelingen nog ondenkbaar zijn.
Het onderzoek van Dekker, onder leiding van prof.dr. Alfred Driessen, is gedaan in de groep Integrated Optical Micro Systems (IOMS) van het Twentse 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.
Dit artikel is een persbericht van de Universiteit Twente.
Zie verder
- Informatie overdragen met licht (Kennislinkartikel van Bram Vermeer)
- Optische computers (Kennislinkartikel)