Twentse onderzoekers schakelen volledig optisch

Promovendus Ronald Dekker en zijn promotor Alfred Driessen werken aan volledig optisch geschakelde transistoren. Daarbij gebruiken ze een bijzondere eigenschap van licht: het verandert van kleur als het achterna wordt gezeten. Met hun onderzoek hopen de wetenschappers van de Universiteit Twente glasvezelcommunicatie een stuk sneller te maken. De brekingsindex van een materiaal verandert als er een puls van grote intensiteit doorheen gaat. Dit kan weer een andere lichtpuls beïnvloeden: de golflengte daarvan wijzigt wanneer een veel sterkere puls (van een andere golflengte) hem op de hielen zit. De timing tussen beide pulsen is wel cruciaal: het komt aan op femtoseconden.

Dit verschijnsel is toe te passen in optische microringresonatoren. Deze bestaan uit twee rechte silicium lichtgeleiders met een ringetje ertussen. Door een van de kanalen gaat een laserbundel, die voor een klein deel doorsijpelt in de ring. Bij de resonantiefrequentie van het ringetje ontstaat er een staande golf. Alleen dan is het ringsignaal sterk genoeg om voldoende licht naar de tweede golfgeleider over te dragen. Bij een andere golflengte speelt het ringetje geen rol en gaat de bundel rechtdoor. Een optische transistor is hiermee als volgt te bouwen. Een puls die niet in het ringetje terechtkomt, vormt een 0. Om een 1 te maken, moet de puls juist wel in de ring belanden. Daarom volgt een tweede, sterke puls de eerste op de voet. Die verandert de golflengte precies zo dat hij wél in het ringetje past en dus in de parallelle lichtgeleider komt.

Het was al mogelijk om te schakelen met dit soort ringconstructies. Ook met een extern elektrisch veld of verwarmingselement is de brekingsindex namelijk te beïnvloeden. Probleem is dat de extra elektronica die daarvoor nodig is, snelheidsbeperkend werkt. Bij verwarming speelt nog een extra factor een rol: opwarmen en afkoelen kosten relatief veel tijd. Voor sommige toepassingen voldoen schakelsnelheden van 1 tot 10 kilohertz echter prima. Start-up Xiophotonics werkt aan de commercialisering van dit concept. Dekker is daar ook bij betrokken.