Графеновые оптические модуляторы – путь к сверхбыстрым коммуникациям

Ученые Университета Калифорнии в Беркли продемонстрировали новую технологию, в которой в качестве оптического модулятора использован графен. Скорость переключения – основная характеристика сетевых модуляторов, именно она определяет скорость передачи пакетов данных.

Основой исследований стали свойства электронов графена на уровне Ферми, определяющие, будет ли поглощаться свет. При подаче отрицательного напряжения электроны удаляются от графена и материал не абсорбирует фотоны, т.е. графен становится абсолютно прозрачным. При положительном напряжении определенного уровня графен тоже становится прозрачным – электроны в нем располагаются настолько плотно, что не могут абсорбировать фотоны. Оказалось, что можно подобрать и такое напряжение, что электроны поглощают все попадающие на материал фотоны. Причем графен может поглощать свет в широком спектре, от инфракрасного до ультрафиолетового.

Поверх кремниевого проводника (голубого цвета) располагается слой графена, на который со стороны через золотой (Au) и платиновый (Pt) электроды подается ток, за счет чего изменяется число фотонов, абсорбируемых графеном.

Расположив графеновый слой на кремниевом волноводе, исследователи в ходе экспериментов достигли скорости модуляции 1 Ггц, причем теоретически для одного модулятора можно достичь 500 ГГц. При этом графеновый моделятор отличается сверхкомпактными размерами, всего 25 кв. микрон, в то время как обычный модулятор обычно занимает несколько мм кв.

Как отмечает профессор Сян Чжан (Xiang Zhang), глава центра нанотехнологий (Nanoscale Science and Engineering Center) университета и руководитель исследовательской группы, графен дает возможность сделать модулятор невероятно компактным и в перспективе позволит увеличить скорость сетей в десятки раз, открывая путь к сверхскоростным системам оптических коммуникаций.

Исследования проводились в Center for Scalable and Integrated Nano-Manufacturing (SINAM) и NSF Nanoscale Science and Engineering Center при финансовой поддержке в рамках программы Basic Energy Science Национальной лаборатории Лоренса Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) Министерства энергетики США. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365