Photonik

Forscher entwickeln Dioden aus Licht

| Redakteur: Tina Billo

Konzeptuelle Darstellung der Mikroring-Diode. Das Licht wird von "Input" zu"Output" durch einen Mikroring-Resonator geleitet. Eine 'Licht-mit-Licht-Interaktion' in den Mikroring-Blöcken verhindert, dass 'rückstrahlendes' Licht wieder in den Ring eindringt.
Konzeptuelle Darstellung der Mikroring-Diode. Das Licht wird von "Input" zu"Output" durch einen Mikroring-Resonator geleitet. Eine 'Licht-mit-Licht-Interaktion' in den Mikroring-Blöcken verhindert, dass 'rückstrahlendes' Licht wieder in den Ring eindringt. (Bild: NPL)

Ein Meilenstein in der Photonik-Entwicklung: Forschern des National Physical Laboratory (NPL) ist es erstmals gelungen, eine funktionsfähige, rein aus Licht bestehende Diode in einem Schaltkreis einzusetzen.

Einem Forscherteam des National Physical Laboratory (NPL) im britischen Middlesex ist es gelungen, eine optische Version einer Diode zu entwickeln. Die funktionsfähig photonische Diode sendet Licht nur in eine Richtung, ohne dass eine Rückstrahlung die Funktionsweise beeinträchtigt, und lässt sich in mikrophotonische Schaltungen integrieren. Diese kleine Integration stellt einen maßgeblichen Schritt in der Miniaturisierung von Elektronik dar, da bestehende optische Dioden sperrige Magnete benötigen.

Dioden sind in elektronischen Schaltungen bekannt. Sie übertragen elektrischen Strom in einer Richtung, blockieren aber den Strom in der Rückwärtsrichtung. Dioden sind unverzichtbare Bestandteile fast aller elektronischen Schaltungen und werden zum Beispiel in Batterieladegeräten eingesetzt.

Beschränkungen sperriger Magneten überwunden

Die Arbeit der Forscher rund um Studien-Hauptautor Dr Pascal Del'Haye hat die herkömmliche Beschränkung bestehender Dioden durch sperrige Magnete überwunden. Statt dessen ist es dem Team gelungen, Licht zu einer Diode zu verarbeiten, das in winzigen chipbasierten Glasringen gespeichert ist. Um dies zu erreichen schickten die Wissenschaftler zunächst viel Licht in einen Mikroresonator - einen Glasring auf einem Siliziumchip, etwa so breit wie ein menschliches Haar. Die darin zirkulierende optische Energie konnte gespeichert und nutzbar gemacht werden, um den Dioden-Effekt zu erzeugen.

"Zur Herstellung der optischen Dioden haben wir Mikroringe verwendet, die extrem große Lichtmengen speichern können", erklärt Dr. Jonathan Silver, Higher Research Scientist am NPL. "Obwohl wir nur geringe Lichtmengen in diese Glasringe schickten, ist deren Umwälzleistung mit dem Licht vergleichbar, das die Flutlichter in einem ganzen Fußballstadion erzeugen - allerdings in einem Gerät, das kleiner als ein menschliches Haar ist. Die Lichtintensitäten ermöglichen die Bildung einer Diode über eine Licht-mit-Licht Wechselwirkung, den Kerr-Effekt."

Basis für neuartige photonische Schaltkreise

In ihren Experimenten haben die NPL-Forscher gezeigt, dass das elektromagnetische Feld des im Uhrzeigersinn zirkulierenden Lichtes in diesen Glasringen jedes gegen den Uhrzeigersinn zirkulierende Licht wirksam blockiert. "Diese Dioden werden zum ersten Mal die Tür zu kostengünstigen und effizienten optischen Dioden auf mikrophotonischen Chips öffnen und den Weg für neuartige integrierte photonische Schaltkreise ebnen, die für das Optical Computing genutzt werden können," betont Dr. Pascal Del'Haye. "Sie könnten auch erhebliche Auswirkungen auf zukünftige optische Telekommunikationssysteme haben, für eine effizientere Nutzung von Telekommunikationsnetzen."

Leonardo Del Bino, Doktorand des Projekts, merkte zusätzlich an: "Eine bemerkenswerte Eigenschaft dieser neuartigen Diode ist, dass sich die Leistung verbessert, wenn das sich vorwärts ausbreitende Lichtfeld erhöht wird. Dies ist zum Beispiel beim Einsatz der Diode zum Schutz von chipintegrierten Laserdioden vor Rückreflexionen von großer Bedeutung."

Neue optische Rotationssensoren und Speicher

Die Forscher haben ihre Ergebnisse im Fachmagazin Optica der Optical Society (OSA) veröffentlicht.

Über den Einsatz für optische Dioden hinaus kann die NPL-Forschung zur Wechselwirkung von kontrapropagierendem Licht neue Typen von optischen Rotationssensoren und optischen Speichern ermöglichen.

* Diesen Beitrag haben wir von unserem Partnerportal Elektronikpraxis übernommen.

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