Onderzoekers gebruiken holografie om nanofotonische circuits te verbeteren

Nanofotonische circuits zijn minuscule chips die lichtsignalen kunnen sturen en verzamelen in een optisch netwerk. Zelfs de meest nauwkeurig gemaakte nanofotonische circuits hebben last van kleine willekeurige variaties, die de transmissie van licht kunnen verstoren. Onderzoekers hebben nu een manier gevonden om deze variaties te compenseren, wat kan leiden tot betere prestaties en energiebesparing in datacentra en computerapparatuur. De onderzoekers van de Universiteit Utrecht (Debye Instituut), Universiteit Twente (MESA + Instituut voor Nanotechnologie) en Thales Research & Technology Frankrijk publiceren hun resultaten in het toonaangevende optische tijdschrift Optics Express op 21 februari.

Optische communicatie wordt wereldwijd gebruikt: vrijwel elke supersnelle internetverbinding loopt tegenwoordig via het glasvezelnetwerk. Een nieuw actief onderzoeksgebied is het gebruik van optische communicatie binnen een enkele chip  om het stroomverbruik en opwarming van computers te verminderen. Een veelbelovende manier om het transport van licht op zo’n chip te leiden, is het gebruik van gekoppelde nanoresonators in fotonische kristallen waarin licht verzonden wordt tussen resonatoren met dezelfde resonantiefrequentie. De resonantie frequenties worden bepaald door de vorm en de structuur van de resonator. Maar zelfs de beste nanofabricage, waarbij de miniscule gaatjes worden geplaatst met een nauwkeurigheid van tien keer de diameter van een atoom, veroorzaken kleine willekeurige variaties in de resonantiefrequenties, die de transmissie van licht verminderen.

Digitale holografietechnieken

De onderzoekers hebben nu een optische methode voorgesteld én experimenteel aangetoond om deze variaties op te heffen. De onderzoekers gebruiken digitale holografietechnieken om een complex patroon van laserlicht te genereren. Het laserlicht verwarmt lokaal de nanofotonische chip en maakt zo de variaties van de resonantiefrequenties ongedaan. Bovendien is het met deze methode mogelijk om fotonische circuits te programmeren door hun resonantie in en uit te schakelen. De resultaten, die zijn gepubliceerd in het open access-tijdschrift Optics Express, dragen bij aan de verdere ontwikkeling van snelle en energiebesparende communicatie- en computerapparatuur.

Het onderzoek is gefinancierd door de European Research Council (subsidie ​​№ 279248).

Contact

Dr. Sergei Sokolov, Universiteit Utrecht/Universiteit Twente
Prof. Allard Mosk, Universiteit Utrecht/Universiteit Twente
Dr. Alfredo De Rossi, Thales Research & Technology

Publicatie

Sergei Sokolov*, Jin Lian*, Emre Yüce, Sylvain Combrié, Alfredo De Rossi, and Allard P. Mosk*
Tuning out disorder-induced localization in nanophotonic cavity arrays, Optics Express, Vol. 25, Issue 5 (2017), https://doi.org/10.1364/OE.25.004598
* verbonden aan de Universiteit Utrecht

Photonic crystal chip
Een fotonisch kristal chip wordt verlicht met violet laserlicht, met een patroon dat is gevormd door een ruimtelijke lichtmodulator. Door dit patroon heft het laserlicht feitelijk de verstoring op atomaire schaal op.