ENGINEERINGNET -- Voor het eerst zijn onderzoekers van de Universiteit Twente erin geslaagd een lichtgeleidende chip te fabriceren waarin ‘klassieke’ silicium lichtgeleiders worden gecombineerd met een materiaal dat erbium bevat. Dat maakt ‘on-chip’ versterking van het lichtsignaal mogelijk, bij zeer hoge snelheden.
Onderzoekster Laura Agazzi demonstreert in haar proefscrift voor het eerst een werkende chip, die in potentie versterking kan laten zien bij snelheden tot 170 Gbit/s. De prototype chip haalt een versterking van 7.2 decibel (factor 2.3) bij infrarood licht met een golflengte van 1533 nanometer.
De prototype-chip is 'slechts' een begin, maar levert toch al goede resultaten. Zo is er ook een laser mee te maken met een extreem smalle lijnbreedte van 1,7 kiloHertz. “Overal waar je emissie of versterking van licht nodig hebt op een chip, is deze integratie geschikt. Dat beperkt zich niet tot de telecommunicatie. Ook bijvoorbeeld voor sensortoepassingen, om heel kleine deeltjes op te sporen.”
Laura Agazzi heeft uitvoerig de optische eigenschappen van aluminiumoxide met erbium onderzocht, om ook de mechanismen te begrijpen die een goede werking in de weg staan. Zo is er een proces van interactie tussen twee geladen deeltjes, ionen, dat Energy-transfer up conversion (ETU) heet, en dat schadelijk kan zijn voor de werking.
“Voor een grote versterking wil je zoveel mogelijk erbium ionen in het materiaal, maar dit vergroot ook de kans op ETU. Wel kun je het gastmateriaal proberen aan te passen, zodat er minder interactie tussen erbium-ionen zal zijn, of bij de fabricage de temperatuur anders instellen. Hier heb ik met mijn modellen beter zicht op gekregen.”
Ook andere mechanismen die de versterking negatief kunnen beïnvloeden, heeft zij (voor het eerst) uitvoerig onderzocht.
(KV)
Afbeelding UTwente: Integratie van silicium - boven: SOI= Silicon on Insulator- met Al2O3 gedoteerd met erbium geeft een krachtige combinatie die licht versterkt.
