Conjuntos de moduladores menores, mais rápidos e mais eficientes para revolucionar a indústria optoeletrônica

 

Uma equipe de pesquisa da Universidade da Cidade de Hong Kong (CityU), da Universidade de Harvard e do renomado laboratório de tecnologia da informação fabricou com sucesso um pequeno modulador de niobato de lítio no chip, um componente essencial para a indústria optoeletrônica. O modulador é menor, mais eficiente com transmissão de dados mais rápida e custa menos. A tecnologia está pronta para revolucionar a indústria.

O modulador eletro-óptico produzido nesta pesquisa inovadora tem apenas 1 a 2 cm de comprimento e sua área de superfície é 100 vezes menor que as tradicionais. Também é altamente eficiente – maior velocidade de transmissão de dados com largura de banda de dados triplicando de 35 GHz a 100 GHz, mas com menos consumo de energia e perdas ópticas ultra baixas. A invenção abrirá caminho para futuras redes de comunicação de alta velocidade, baixa potência e custo efetivo, assim como computação fotônica quântica.

O projeto de pesquisa intitula-se “Moduladores eletro-óticos integrados de niobato de lítio operando em tensões compatíveis com CMOS” e foi publicado na última edição da revista Nature (leia aqui).

Os moduladores eletro-ópticos são componentes críticos nas comunicações modernas. Eles convertem sinais eletrônicos de alta velocidade em computadores e fibra óptica. Mas os já existentes e comumente usados  moduladores de niobato de lítio necessitam de uma alta tensão de unidade de 3 a 5V, que é significativamente maior do que a tensão 1V é fornecido por um CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor ou Semicondutor complementar de óxido metálico em português) de circuitos. Por isso, é necessário um amplificador eléctrico que seja dispendioso, caro e que consuma muita energia.

Dr. Wang Cheng, professor assistente no Departamento de Engenharia Eletrônica na CityU e co-primeiro autor do papel, e as equipas de investigação da Universidade de Harvard e Nokia Bell Labs-desenvolveram uma nova maneira de fabricar lítio niobato modulador que pode ser operado a ultra- Larguras de banda eletro-ópticas com uma voltagem compatível com CMOS.

“No futuro, poderemos colocar o CMOS ao lado do modulador, para que eles possam ser mais integrados” Dr. Wang.

Graças às abordagens avançadas de nano fabricação desenvolvidas pela equipe, este modulador pode ser pequeno em tamanho enquanto transmite dados a taxas de até 210 Gbit / segundo, com cerca de 10 vezes menores perdas óticas do que os moduladores existentes.

“As propriedades elétricas e ópticas do niobato de lítio o tornam o melhor material para o modulador.” Mas é muito difícil fabricar a nanoescala, que limita o tamanho do modulador “, explica o Dr. Wang. “Como o niobate é quimicamente inerte, ele não funciona bem com técnicas convencionais, mas não tem muito espaço para isso.

Com fibra óptica se tornando cada vez mais comum a nível mundial, o tamanho, o desempenho, o consumo de energia e os custos de moduladores de niobato de lítio são Tornando-se um grande fator a considerar, especialmente num momento em que os centros de dados nas comunicações de informação e tecnologia (TIC) a indústria é um dos maiores usuários de eletricidade do mundo.

Esta revolucionária invenção está agora a caminho da comercialização. O Dr. Wang acredita que aqueles que buscam moduladores com o melhor desempenho estarão entre os primeiros a entrar em contato com essa infraestrutura para fotônica.

O Dr. Wang iniciou essa pesquisa em 2013, quando ingressou na Harvard University como aluno de doutorado na Escola Paulson de Engenharia e Ciências Aplicadas de John Harvard. Ele recentemente se juntou à Universidade da Califórnia no Laboratório Key State de Terahertz e Millimeter Waves em CityU.

“O milímetro será usado para a transmissão de espaço, mas é possível fazê-lo em óptica, que será menos dispendiosa e menos significativa”, explica ele. Ele acredita que a invenção também pode permitir aplicações em fotônica quântica.

Com informações da CityU

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