«Оптические технологии обладают огромным потенциалом, особенно в передаче данных между компьютерными микросхемами», — объясняет Манфред Коль из KIT. Проект ЕС, которым он руководит, NAVOLCHI, Nano Scale Disruptive Silicon-Plasmonic Platform for Chip-to-Chip Interconnection, разработал плазмонный модулятор (преобразователь электрического тока в оптический), который является основой нынешнего MZM. «Компактные оптические передатчики и приемники могут превзойти ограничения скорости современных электронных систем и помочь избавиться от узких мест в центрах обработки данных».В текущей публикации представлен MZM длиной всего 12,5 микрометров, что составляет примерно одну десятую толщины волоса.
Он состоит из двух плеч, каждое из которых содержит один электрооптический модулятор. Каждый модулятор состоит из волновода металл-изолятор-металл с зазором шириной около 80 нанометров, заполненного электрооптическим полимером, и боковых стенок из золота, которые одновременно действуют как электроды.
На электроды подается напряжение, которое модулируется в соответствии с цифровыми данными. Электрооптический полимер изменяет свой показатель преломления в зависимости от напряжения. Волновод и ответвитель из кремния направляют две части разделенного светового пучка к промежуткам или из промежутков.В соответствующем промежутке световые лучи волноводов инициируют электромагнитные поверхностные волны, так называемые поверхностные плазмоны.
Подаваемое на полимер напряжение модулирует поверхностные волны. Модуляция разная в обоих зазорах, но когерентная, поскольку одно и то же напряжение прикладывается с разной полярностью. Пройдя через зазоры, поверхностные волны сначала попадают в выходные оптические волноводы в виде модулированных световых лучей, а затем накладываются друг на друга. Результатом является световой луч, в котором закодирована цифровая информация по интенсивности (амплитуде).
В эксперименте MZM надежно работает во всем спектральном диапазоне широкополосных оптоволоконных сетей от 1500 до 1600 нанометров при электрической полосе пропускания 70 гигагерц с потоками данных до 108 гигабит в секунду. Большая глубина модуляции является следствием высокой точности изготовления в кремниевой технологии. MZM также может быть изготовлен с помощью широко распространенных CMOS-процессов в микроэлектронике и, таким образом, может быть легко интегрирован в современные архитектуры микросхем.В настоящее время около 10 процентов электроэнергии в Германии потребляется информационными и коммуникационными технологиями, такими как компьютеры и смартфоны пользователей, а также серверами в крупных компьютерных центрах.
Поскольку трафик данных растет экспоненциально, необходимы новые подходы для увеличения пропускной способности и, в то же время, снижения энергопотребления. Плазмонные компоненты могут внести решающий вклад в это дело.Проект NAVOLCHI EU направлен на использование взаимодействия света и электронов на металлических поверхностях для разработки новых компонентов для оптической передачи данных между чипами.
Проект финансируется в рамках 7-й Рамочной программы исследований Европейского Союза и имеет бюджет 3,4 миллиона евро.