Interruptores nano-ópticos y electro-mecánicos que funcionan a tensiones de nivel CMOS

Área de la Ciencia:

• Optoelectrónica y sus derivados
• La nanofotónica
• Las plasmónicas
• Fotónica integrada
• MEMS y NEMS

Sus antecedentes:

• La optoelectrónica integrada en el chip requiere una interfaz perfecta entre las redes ópticas y la electrónica de semiconductores de óxido de metal (CMOS) complementaria.
• Las tecnologías existentes se enfrentan a desafíos para lograr una modulación de la luz eficiente, de baja pérdida y de alta velocidad compatible con la fabricación CMOS.

Objetivo del estudio:

• Demostrar una estructura fotónica plasmónica híbrida capaz de cambiar la luz utilizando voltajes compatibles con CMOS.
• Para lograr velocidades de conmutación rápidas con pérdidas ópticas mínimas para los sistemas ópticos en chip.

Principales métodos:

• Fabricación de guías de onda híbridas fotónico-plasmónicas a escala micrométrica que utilizan una membrana dorada para crear un espacio de aire variable.
• Explotación de efectos optoelectro-mecánicos, donde la activación electrostática modula el espacio de aire, alterando el confinamiento de la luz.
• Integración de confinamiento plasmónico dentro de la brecha de aire para un fuerte acoplamiento optoelectro-mecánico y confinamiento fotónico para minimizar las pérdidas.

Principales resultados:

• Demostración exitosa de la conmutación de la luz a tensiones CMOS con pérdidas ópticas notablemente bajas de 0,1 decibelios.
• Se logran velocidades de conmutación rápidas del orden de decenas de nanosegundos debido a la baja masa de la membrana de oro perturbada.
• Se observa un fuerte efecto opto-electro-mecánico debido al confinamiento de la luz plasmónica en el espacio de aire variable.

Conclusiones:

• La arquitectura híbrida desarrollada ofrece una vía viable para crear sistemas ópticos reprogramables integrados en CMOS.
• Esta tecnología tiene un potencial significativo para aplicaciones en áreas como las redes neuronales ópticas para el aprendizaje profundo.
• El enfoque demostrado allana el camino para dispositivos optoelectrónicos avanzados en chip con alto rendimiento y escalabilidad.