Física

Modular un haz de luz con electricidad, vía para pasar de la electrónica a la fotónica


(NC&T) Los chips fotónicos llevarían más datos, usarían menos energía y trabajarían fácilmente con los sistemas de comunicaciones por fibra óptica. El truco es conseguir que la electrónica y la fotónica se pongan de acuerdo. Investigadores de la Universidad de Cornell han desarrollado un dispositivo de silicio que permite modular un haz de luz con una señal eléctrica a escala micrométrica.

Anteriormente se construyeron otros moduladores-demoduladores electro-ópticos en silicio, pero su tamaño, del orden de milímetros, resultaba demasiado grande para el uso práctico en chips de circuitos integrados (un micrómetro, o micra, es la millonésima parte de un metro, o la milésima parte de un milímetro). Los moduladores-demoduladores más pequeños han sido fabricados usando semiconductores compuestos como el arseniuro de galio, pero se prefiere el silicio por su facilidad para la integración con la tecnología microelectrónica actual.

El modulador-demodulador desarrollado por el grupo de Cornell utiliza un resonador de anillo, una guía de ondas circular acoplada a una guía recta que conduce el haz de luz que será modulado. La luz viaja a lo largo de la guía de ondas recta, y gira muchas veces dentro de la circular antes de salir de la misma. Como el diámetro del círculo es un múltiplo de la longitud de onda empleada, esto determina la longitud de onda que saldrá del mismo. En los experimentos realizados, el anillo tenía 12 micras de diámetro, haciéndose resonar con la luz de un láser de 1.576 nanómetros de longitud de onda, en el infrarrojo cercano.

El anillo se rodea por otro anillo exterior de silicio negativamente dopado, mientras la región dentro del anillo se dopa positivamente, haciendo a la propia guía de ondas la región intrínseca de un diodo "PIN". Cuando se aplica un voltaje a través de la unión, se inyectan electrones y huecos en la guía de onda, cambiando su índice de refracción y su frecuencia de resonancia, para que ya no pase luz de la misma longitud de onda que antes. Como resultado, aplicando el voltaje, se interrumpe el haz de luz.

Electrónica fotónica luz
Imagen del resonador de anillo acoplado a la guía de ondas (Foto: Cornell Nanophotonics Group)
La estructura del diodo "PIN" fue usada previamente para modular luz en una guía de ondas recta de silicio, pero la variación del índice de refracción del silicio es pequeña, requiriéndose una guía de ondas recta muy larga para que el efecto fuera apreciable. Además, la conmutación resultaba lenta. Pero en la guía de ondas circular, la luz viaja muchas veces alrededor del resonador de anillo, luego el pequeño cambio tiene un efecto final grande, haciendo posible construir un dispositivo muy pequeño y rápido.

En las pruebas, el dispositivo interrumpió completamente la propagación de la luz con un voltaje aplicado de menos de 0,3 voltios, y, usando una señal eléctrica modulada en pulsos, produjeron una forma de onda de salida muy similar a la de entrada, de hasta 1,5 Gbits por segundo.


Más artículos
Comunicación lumínica
Armas nucleares subterráneas
Rayos Gamma tormentas
Materiales granulares
Levitación elementos pesados
Centenario Teoría Relatividad
Mapas energia eólica
Diodo luz multicolor
Caracterización microestructural aceros
Electrónica fotónica luz
Detectores fotones
Aceleración objetos hipervelocidad
Exámen dedo
Dinámica electrónica
Nueva forma de materia
Principio licuación
Nuevas partículas
Número mágico
Reacciones fusión nuclear
Nanoosciladores