Informatie verzenden met behulp van licht heeft de toekomst. Het vraagt om ‘lichtchips’, gemaakt van een speciaal glas. Wetenschappers van UT-onderzoeksinstituut MESA+ zijn er nu in geslaagd om deze lichtchips – die al bekend stonden om hun extreem lage verliezen – uit te rusten met nieuwe ‘actieve’ functionaliteiten, zoals het genereren, het versterken en het moduleren van licht. Hun chip is in staat een enorm breed lichtspectrum te creëren dat loopt van blauw tot infrarood; van een golflengte van 470 tot 2130 nanometer. Hiermee hebben ze een lichtchip gemaakt met het grootste frequentiebereik ooit. Het onderzoek is deze zomer gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Optics Express.
Met behulp van licht kun je informatie versturen, denk bijvoorbeeld aan glasvezels waarmee je digitale informatie van de ene naar de andere computer kunt sturen. Hierbij spelen de breedte en de regelmaat van het lichtspectrum een centrale rol. Met een breder spectrum (dus hoe meer verschillende kleuren het licht bevat) en een groter aantal naast elkaar geplaatste lichtkanalen (individuele kleuren) kun je sneller een grotere hoeveelheid informatie verwerken.
Het creëren van een dergelijk spectrum met een grote hoeveelheid individuele lasers is technisch zeer ingewikkeld, duur en minder precies. Onderzoekers zijn daarom al lange tijd op zoek naar methodes om een zo breed mogelijk lichtspectrum op een chip te genereren. Wetenschappers van de Universiteit Twente zijn er nu in geslaagd om een lichtchip te creëren met het breedste lichtspectrum ooit. Hun chip bereikt een bandbreedte van 495 THz, wat ruim de helft meer is dan het vorige record. Volgens onderzoeksleider prof. dr. Klaus Boller toont dit brede spectrum de potentie van de technologie. “De belangrijkste doorbraak is echter dat we het hebben weten te creëren met behulp van materialen die zich in de praktijk al hebben bewezen. Deze materialen hebben de laagste optische verliezen op een chip en zijn daarmee al uiterst relevant. Bovendien sluit de fabricage aan bij standaardprocessen in de chipindustrie die geschikt zijn voor massaproductie.”
Extra dik
Om het brede spectrum te genereren gebruikten de onderzoekers een laser waarvan het licht via een lens gericht werd op een golfgeleiderstructuur gemaakt van het glasachtige materiaal Siliciumnitride (Si3N4) dat ingebed is in regulier Siliciumoxide (SiO2). De vorm en de opbouw van de structuur zorgen er voor dat het laserlicht opgesplitst wordt in het grote aantal frequenties. Het maken van de juiste structuur van het Siliciumnitride waarin, ondanks de benodigde dikte, nergens breukjes in ontstaan, vormde een van de centrale uitdagingen in het onderzoek. Maar met een vernieuwende fabricagetechniek slaagden de onderzoekers van de Universiteit Twente erin om de structuur voldoende dik uit te voeren (800 nanometer dik).
Frequentiekam
Het spectrum dat de chip creëert is niet constant, maar bestaat uit ongeveer twaalf miljoen piekjes die steeds op exact dezelfde afstand van elkaar liggen. Hierdoor lijkt het spectrum op een kam; vandaar dat dergelijke spectra de naam frequentiekam hebben gekregen. Frequentiekammen, een groeiend onderzoeksveld, maken het mogelijk om de snelheid van optische communicatietechnieken te verhogen maar ook om de precisie van atoomklokken, telescopen en GPS-apparatuur sterk te verbeteren.
Onderzoek
Het onderzoek is uitgevoerd door wetenschappers van de vakgroep Laser Physics and Nonlinear Optics van UT-onderzoeksinstituut MESA+ (binnen de stragische onderzoeksrichting Applied Nanophotonics) in samenwerking met de Westfälische Wilhelms-Universität (WWU) Münster en de bedrijven LioniX en XiO Photonics. Het onderzoek is financieel mede mogelijk gemaakt door Technologiestichting STW.
