Onderzoekers van ETH Zürich hebben een ultrasnelle chip bedacht die kan worden gebruikt om snelle elektronische signalen direct om te zetten in ultrasnelle lichtsignalen zonder verlies van signaalkwaliteit. Dit is de eerste keer ooit dat de elektronische en op licht gebaseerde elementen op dezelfde chip zijn gecombineerd. Het experiment werd uitgevoerd in samenwerking met partners in Duitsland, de VS, Israël en Griekenland. Technisch gezien is dit de springplank, aangezien deze elementen momenteel op losse chips moeten worden vervaardigd en vervolgens met draden moeten worden verbonden.
Wanneer elektronische signalen worden omgezet in lichtsignalen met behulp van afzonderlijke chips, neemt de hoeveelheid signaalkwaliteit af en wordt de snelheid van datatransmissie met behulp van licht ook belemmerd. Dit is echter niet het geval met de nieuwe plasmonische chip die wordt geleverd met een modulator, een onderdeel op de chip dat licht van een bepaalde intensiteit genereert door de elektrische signalen om te zetten in lichtgolven. Het kleine formaat van de modulator zorgt ervoor dat er geen kwaliteitsverlies en intensiteit in het conversieproces optreedt, en dat de gegevens eerder snel worden verzonden. De combinatie van elektronica en plasmonics op één chip maakt versterking van lichtsignalen mogelijk en zorgt voor een snellere datatransmissie.
De elektronische en fotonische componenten worden strak op elkaar geplaatst, als twee lagen, en worden direct op de chip geplaatst met behulp van "on-chip vias" om deze zo compact mogelijk te maken. Deze gelaagdheid van de elektronica en fotonica verkort transmissiepaden en vermindert verliezen in termen van signaalkwaliteit. Deze benadering wordt toepasselijk "monolithische co-integratie" genoemd, aangezien de elektronica en fotonica op één enkel substraat worden geïmplementeerd. De fotonische laag op de chip bevat een plasmonische intensiteitsmodulator die helpt bij het omzetten van elektrische signalen in nog snellere optische signalen vanwege de metalen structuren die het licht kanaliseren om hogere snelheden te bereiken.
De vier ingangssignalen met lage snelheid worden gebundeld en versterkt om een elektrisch signaal met hoge snelheid te vormen dat vervolgens wordt omgezet in een optisch signaal met hoge snelheid. Dit proces staat bekend als "4: 1 multiplexing", dat voor het eerst de overdracht van gegevens op een monolithische chip heeft uitgevoerd met een snelheid van meer dan 100 gigabit per secondemogelijk. De hoge snelheid werd bereikt door plasmonics te combineren met klassieke CMOS-elektronica en nog snellere BiCMOS-technologie. Daarnaast werden ook nieuw temperatuurstabiel, elektro-optisch materiaal van de Universiteit van Washington en inzichten uit de Horizon 2020-projecten PLASMOfab en plaCMOS gebruikt. De onderzoekers zijn ervan overtuigd dat deze ultrasnelle chip snel de weg zal banen voor snelle datatransmissie in optische communicatienetwerken van de toekomst.