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February 25, 2014, Karlsruhe--カールスルーエ工科大学(KIT)の研究チームは、電気信号を40Gbpsレートで光信号に変換する長さ29μmの変調器をNature Photonicsに発表した。このデバイス、世界で最もコンパクトな高速位相変調器となる。
KITでこの研究プロジェクトを統括し、現在ETHチューリッヒに移動したJuerg Leuthold氏は「電気から光信号への変換がプロセッサに近くなった。結果的に、スピードが増し、伝送ロスが防げる。これによって、増え続ける情報技術のエネルギー消費を減らせる」とコメントしている。
このEOコンバータは、長さ約29μmの2つの平行な金電極からなる。これは人の髪の毛の1/3のサイズ。電極に印可された電圧がデジタル信号と同期する。ギャップはEOポリマで埋められており、印可した電圧の関数としてポリマの屈折率が変化する。「シリコン導波路からの連続光ビームがギャップ内で電磁表面波、いわゆる表面プラズモン(SP)を励起する」と論文の筆頭著者、KITのArgishti Melikyan氏は説明する。「ポリマに印可した電圧の結果として、SPの位相が変調される。デバイス端で、変調されたSPが出口のシリコン導波路に変調光ビームとして入っていく。こうして、データは光の位相にエンコードされる」。
研究成果では、このEO変調器が高信頼に約40Gbpsのデータフローに変換することが示された。使用する波長帯域は、広帯域ガラスファイバネットワークで通常利用される1480-1600nm。最高85℃でも問題なく動作した。このデバイスは世界で最も高速な位相変調器であり、技術が確立したCMOS製造プロセスで製造できる。したがって、現在のチップアーキテクチャへの集積も可能。「このデバイスは他のシステムの多くの利点を統合している。高速変調、コンパクトデザイン、エネルギー効率などだ。今後プラズモンデバイスはテラヘルツ領域の信号処理に使用されるだろう」とKITのテラトニクス・ヘルムホルツ国際研究部(HIRST)のChristian Koos氏はコメントしている。HIRSTは、高速信号処理に向けてフォトニクス技術とエレクトロニクス技術との融合に注力している。「何百ものプラズモン変調器がチップ上に搭載されるとテラビット領域のデータレートが達成可能になる」。
現在ドイツでは、情報通信システムが電力の約10％を消費する。これには、コンピュータ、個人ユーザのスマートフォン、大規模データセンタのサーバが含まれる。データトラフィックが爆発的に増えているので、そうしたシステムの容量を増やしながら同時にエネルギー消費を減らす新たなアプローチが求められている。プラズモンコンポーネントは、こうした点から決定的な重要性を持つと言える。
(詳細は、 www.nature.com/nphoton/index.html)