Сверхбыстрый оптический усилитель

Внутри оптического чипа свет распространяется по волноводам, сделанным из кремния. Свет из оптоволокна, например, проходит через структуру оптических каналов с разветвителями и соединителями. Однако кремний пассивно проводит свет с некоторыми потерями. Поэтому необходимо сделать следующий шаг – усилить сигнал или хотя бы встроить источник света в чип. Другие типы полупроводников, подобные арсениду галлия, такими особенностями могут обладать. Но материалы с примесью эрбия также хорошо усиливают свет.

Вплоть до настоящего времени не существовало чипов, которые бы объединяли кремний и материал с примесью эрбия. Аспирантка Laura Agazzi из University of Twente (Нидерланды) впервые продемонстрировала работающий чип. Он был способен усиливать световые сигналы со скоростью вплоть до 170 Гб/с. Для инфракрасного света с длиной волны 1533 нм коэффициент усиления составил 7,2 дБ.

Хотя это всего лишь первый прототип, однако результаты разработки очень многообещающие. Одним из них может быть лазер с очень узкой шириной линии – 1,7 кГц. «Для любого приложения требующего излучения или усиления света, объединение этих материалов будет очень полезным. Это не ограничивается только телекоммуникациями. К примеру, эти чипы могут использоваться как датчики для отслеживания очень малых частиц», - отметила Agazzi.

Чтобы понять механизмы, которые отрицательно влияют на усиление, Laura Agazzi исследовала оптические свойства окиси алюминия с примесью эрбия. Одно из них называется передача энергии с повышением частоты (energy-transfer up conversion, ETU), который препятствует хорошему функционированию. "Если вам необходимо большое усиление, и вы добавляете много ионов эрбия в материал, это может вызвать более высокую ETU. Есть возможности адаптировать исходный материал, чтобы снизить взаимодействие ионов. Построенная модель позволяет лучше увидеть эти процессы и другие механизмы, которые ухудшают усиление", - объяснила Agazzi .

Изображение чипа со встроенным кремниевым оптическим волноводом и окисью алюминия с примесью эрбия