德国卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT)研究人员成功开发了一种用以探测光学资料路径的创新光探测器,占位面积不到 100 平方微米…

 

玻璃纤维(glass fibers)有可能成为资讯时代的传输高速公路──德国卡尔斯鲁厄理工学院 (Karlsruhe Institute of Technology,KIT)研究人员成功开发了一种用以探测光学资料路径的创新光探测器(photo detector),是玻璃纤维接收端的核心零组件;此成果为该类元件的尺寸设立了新标准,研究人员声称其占位面积不到 100 平方微米(micrometer),是整合到 IC 中的理想方案,而更令人印象深刻的则是其资料传输速率。

 

KIT 研究人员 Sascha Mühlbrandt 声称,新的光探测器是目前全球最小的光学资料传输元件,能为光通讯系统带来显着的性能提升,因为该元件能被整合到大量的光学半导体零组件中;在该团队的实验中,研究人员达到了 40Gbps 的最高传输速率,足以在不到一秒的时间内传输一片 DVD 内的完整视讯内容。Mühlbrandt 坚信其吞吐量仍有进一步增加的潜力:“此电浆内光电发射探测器(plasmonic internal photoemission detector,PIPED )是有史以来达到这么高资料传输速率的最小尺寸探测器;”他表示,该元件比传统光探测器小 100 倍。

 

KIT 开发了一种电浆光电探测器,能直接与矽晶光波导耦合,而且尺寸不到 1 微米
(来源:KIT)

 

这种光探测器的超小尺寸,优势在于可与单一 CMOS 晶片上的下游预处理(downstream preprocessing)电路整合;KIT 旗下的微结构技术研究所(Institute for Microstructure Technology)专案协调人 Manfred Kohl 表示,此创新电浆元件能支援电脑内晶片之间的高速资料传输,开启了结合电子与光学零件优势的可能性,实现比纯电子零件更高的资料吞吐量。

 

为了在非常小的空间内结合光学与电子,KIT 开发的光探测器利用了表面电浆极化子(surface plasmon polariton),能将金属介电边界(metallic-dielectric boundary)表面的电磁波高度集中。此新种类电浆转换器是以金属表面光波长的直接讯号转换为基础,又称为光发射(photo emission);要有效控制光线吸收以及其转换成电子讯号的状况,研究人员在钛 - 矽接面(titanium-silicon junction)产生载流子(charge carriers),并在另一个金 - 矽接面将之重组,而探测器的高速度就是透过其特殊几何尺寸所达成──在两个金属 - 矽接面之间的距离不到 100 奈米。

 

研究人员认为,PIPED 的概念不只是未来光学资料传输矽统的基础,也是无线资料传输系统的关键零组件;KIT 旗下负责研究用以支援超高速讯号处理之光 - 电融合技术的 HIRST (Helmholtz International Research School of Teratronics)研究所教授 Christian Koos 表示:“电浆零组件能被应用于无线高速资料通讯,并实现每秒 1 terabit 的资料传输速率。”