Увеличение трафика данных создает потребность в снижении стоимости и размеров оптических компонентов. Усовершенствованная конструкция модуляторов с низкими потерями, подходящая для кремниевых компьютерных микросхем, была разработана Сун Тор Лим и его коллегами из Института высокопроизводительных вычислений A * STAR, Института микроэлектроники A * STAR и сотрудников Fujikura Ltd.Существующие оптические модуляторы основаны на ниобате лития, материале, который является дорогим и непригодным для кремниевых чипов.
Хотя кремний предлагает недорогую альтернативу, его можно использовать только с добавлением других элементов, которые могут создавать положительные и отрицательные подвижные электрические заряды. Модуляция требует, чтобы подвижные заряды направлялись в устройство и из него с помощью переменного электрического напряжения, которое контролирует как скорость света, проходящего через чип, так и скорость передачи данных. Свет, который проходит через эту область и пересекает свет, проходящий через нейтральную область кремния, создает в оптическом луче интерференционные эффекты, которые включают и выключают свет.Предыдущие конструкции модулятора содержали заряженные области, которые были относительно большими, с тем недостатком, что они увеличивали поглощение света в микросхеме.
Тем не менее, в предложенном командой дизайне эта область уменьшена, так что меньшая часть лазерного луча проходит через заряженную область (см. Изображение).
После компьютерного моделирования работы модулятора команда изготовила устройство на кремниевом чипе, который имеет световые каналы высотой всего 220 нанометров и шириной 550 нанометров. По сравнению с конструкциями с большими заряженными областями, эти модуляторы снижают оптические потери до 28% и работают на более высоких скоростях до 10 гигабит в секунду.
«Наше устройство имеет скорость и оптические потери, сопоставимые с существующими технологиями, такими как ниобат лития, — говорит Лим. «Одна из причин такой высокой производительности заключается в том, что мы использовали высокоточные компьютерные коды, разработанные собственными силами».«Успешная демонстрация устройства также подчеркивает, как программное обеспечение для моделирования может сократить необходимое количество экспериментов», — добавляет Лим. «Моделирование и анализ помогают визуализировать физическое поведение этих передовых оптических устройств.
Это может выявить потенциальные проблемы и избежать необходимости в дорогостоящих многократных итерациях дизайна, что в конечном итоге ускоряет выход на рынок».