Использование света в устройствах обработки информации сулит немалые выгоды: возможность работы с большими массивами данных, по сравнению с электронными устройствами, меньшее энергопотребление, более простое сопряжение с оптоволоконными каналами передачи информации. Но для получения этих выгод необходимо решить одну главную задачу: заставить электронные и фотонные устройства легко сопрягаться друг с другом.

Один из вариантов решения этой проблемы предложили ученые Корнельского университета. Разработанное ими кремниевое устройство позволяет осуществлять модуляцию светового сигнала с помощью электрического. При этом модуляция происходит в областях, измеряемых микронами, тогда как ранее предложенные электронно-оптические модуляторы работали в миллиметровых масштабах. Уменьшать размеры модуляторов удавалось за счет использования таких полупроводников, как арсенид галия, но кремний по-прежнему остается более предпочтительным материалом в силу его распространенности и практической готовности предприятий к адаптации новых технологических процессов.

Модулятор представляет собой кольцевой резонатор (волновод) диаметром 12 мкм, соединенный с линейным волноводом шириной 450 нм, по которому распространяется пучок света, который подлежит модуляции. Свет, проходя по линейному волноводу, попадает в кольцевой волновод и успевает пройти его несколько раз, позволяя, таким образом, произвести с ним необходимые манипуляции. Диаметр кольца определяет длину волны света, которая может по нему распространяться. В данном случае это 1,576 нм (ближняя инфракрасная область).

Кольцевой резонатор окружен внешним кремниевым кольцом с избытком электронов, а внутри резонатора размещена область с избытком дырок. Когда к этому своеобразному диоду подается напряжение, электроны и дырки проникают внутрь волновода и меняют его показатель преломления и резонансную частоту, так что свет прежней длины волны уже не может распространяться. Таким образом, включение напряжения отключает световой пучок, и наоборот.

В экспериментах для полного прерывания светового потока достаточно было подать напряжение менее 0,3 V. Причем достигалась очень высокая скорость переключения, оцениваемая в 1,5 Gb/s.

Описание нового модулятора было опубликовано в майском номере журнала "Nature" (Vol. 435, No. 7040, P. 325-327, 19.05.2005).

Другой способ манипулирования светом, но уже в наномасштабах и с другим спектром возможных приложений, продемонстрировали ученые из Национальной лаборатории Лоренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли. Для этого они использовали сложные наноструктуры, синтезированные из нанопроводков и наноленточек, исследованием которых они занимаются много лет. Ранее им удалось создать нанолазеры и фотодетекторы. Нанолазеры изготавливались либо из нитрида галлия, либо оксида цинка, а наноленточки - из оксида олова, перспективного полупроводника, способного пропускать как фотоны, так и электроны. Теперь свою задачу они видят в том, чтобы объединить эти наноустройства с наноленточками в единое фотонное устройство, которое можно будет использовать для мгновенного, детального анализа в химии, биологии и медицине. Надежды на это связаны с тем, что созданные учеными прототипы вполне надежно работали в жидкостях, в частности, в воде.

Пресс-релиз: lbl.gov/Science-Articles/Archive/MSD-photonic-tech.html.

Сергей САНЬКО