Forskare från ETH Zürich har kommit fram till ett ultrasnabbt chip som ska användas för att omvandla snabba elektroniska signaler direkt till ultrasnabba ljussignaler utan att signalkvaliteten försvinner. Det är första gången någonsin att de elektroniska och ljusbaserade elementen kombineras på samma chip. Experimentet utfördes i samarbete med partners i Tyskland, USA, Israel och Grekland. Detta är springbrädan i tekniska termer som för närvarande, dessa element måste tillverkas på separata flisor och sedan anslutas med ledningar.
När elektroniska signaler omvandlas till ljussignaler med separata marker minskar mängden signalkvalitet och hastigheten för dataöverföring med hjälp av ljus hindras också. Detta är dock inte fallet med det nya plasmoniska chipet som levereras med en modulator, en komponent på chipet som genererar ljus med en given intensitet genom att omvandla de elektriska signalerna till ljusvågor. Den lilla storleken på modulatorn säkerställer att det inte förloras kvalitet och intensitet i omvandlingsprocessen, och ljus, snarare data överförs snabbt. Kombinationen av elektronik och plasmonics på ett enda chip möjliggör förstärkning av ljussignaler och säkerställer snabbare dataöverföring.
De elektroniska och fotoniska komponenterna placeras tätt ovanpå varandra, som två lager, och placeras direkt på chipet med "on-chip vias" för att göra det så kompakt som möjligt. Denna skiktning av elektronik och fotonik förkortar överföringsvägar och minskar förluster när det gäller signalkvalitet. Detta tillvägagångssätt kallas lämpligen ”monolitisk samintegration” eftersom elektroniken och fotoniken implementeras på ett enda substrat. Det fotoniska skiktet på chipet innehåller en plasmonisk intensitetsmodulator som hjälper till att omvandla elektriska signaler till ännu snabbare optiska på grund av metallstrukturerna som kanaliserar ljuset för att nå högre hastigheter.
De fyra ingångssignalerna med låg hastighet buntas och förstärks för att bilda en höghastighets elektrisk signal som sedan omvandlas till en optisk höghastighetssignal. Denna process är känd som "4: 1 multiplexing" som för första gången har gjort överföringen av data på ett monolitiskt chip med en hastighet på över 100 gigabit per sekundmöjlig. Den höga hastigheten uppnåddes genom att kombinera plasmonics med klassisk CMOS-elektronik och ännu snabbare BiCMOS-teknik. Dessutom användes också nytt temperaturstabilt, elektrooptiskt material från University of Washington och insikter från Horizon 2020-projekten PLASMOfab och plaCMOS. Forskarna är övertygade om att detta ultrasnabba chip snabbt kommer att bana väg för snabb dataöverföring i framtidens optiska kommunikationsnät.