Telecommunicatieknooppunten voor ultrasnelle datastromen
De universiteiten van Eindhoven, Twente en Amsterdam hebben de
handen ineengeslagen om
een prototype optische chip te ontwikkelen, die de basis kan vormen
voor ultrasnelle telecommunicatieknooppunten. De chip is nodig om
toekomstige communicatienetwerken te vrijwaren van congestie, wat
desastreus zou uitpakken. Zonder snelle communicatieknooppunten
zouden wereldwijd de communicatienetwerken verlamd raken. Het
consortium mikt op een geminiaturiseerd optisch circuit met een
processingssnelheid van tenminste 1 Terahertz. Optische
transmissiesystemen met een snelheid van 1 Terabit per seconde en
hoger, zijn cruciaal voor netwerkoperators.
De huidige stand van de technologie biedt de maximale snelheid van
250 GHz. In een experimentele omgeving hebben Japanse onderzoekers
echter snelheden van 1,28 Terabit per seconde bereikt. Die opstelling
nam vele vierkante meters in beslag. Het consortium wil de uitdaging
aangaan technologie te onderzoeken die zowel miniaturisatie op een
geïntegreerd circuit toelaat, alswel een processingssnelheid van ten
minste 1 Teraherz bereikt. Het onderzoek zal zich toespitsen op een
aantal zwaartepunten.
Nieuwe materialen, nieuwe eigenschappen
Ultrasnelle geïntegreerde circuits lijken mogelijk met nieuwe
materialen. Met nanotechnologie kunnen puntjespatronen,
lijntjespatronen en driedimensionale optische filters op atomaire
schaal worden aangebracht. Recente resultaten laten zien dat
dergelijke structuren nieuwe eigenschappen kunnen krijgen. Met name
quantumdoos-, quan-tumdraad- en fotonische-bandklooftechnieken zijn
hier van toepassing. Quantum dozen zijn hele kleine eilandjes in
materialen met afmetingen in de orde van een miljardste meter.
Wanneer de
eilandjes draadvormig zijn, worden ze quantumdraden genoemd. De
eilandjes bestaan uit atomen
die groter zijn dan die in de omringende gebieden, en daardoor puilen
de eilandjes als het ware als puistjes uit het oppervlak. Deze
quantumdozen en quantumdraden worden nu vervaardigd binnen
halfgeleidermaterialen. Dat zijn materialen waarmee vastestoflasers
worden gemaakt zoals in de compact disc. Deze dozen maken de
vervaardiging van hele kleine en snelle lasers en optische switches
mogelijk.
Lichthoek verkleinen
De fotonische bandklooftechnologie kan optische geïntegreerde chips
nog kleiner maken. De huidige chips hebben optische kanalen met ruime
bochten, omdat het licht de neiging heeft
uit de bocht te vliegen. De fotonische bandkloof technologie kan
materialen van eigenschappen voorzien die niet door de natuur zijn
gegeven. Zo kunnen met matrices van hele kleine verstoringen in het
materiaal kunstmatige spiegels worden gemaakt in halfgeleiders,
waarmee lasers en optische chips worden gemaakt. Optische kanalen in
chips kunnen dus als het ware worden gemaakt met behulp van zeer hoge
kwaliteit spiegels, waardoor zeer scherpe bochten kunnen worden
gerealiseerd zonder veel verlies. Het voordeel van structuren met
scherpe hoeken en kronkels is dat ze veel compacter kunnen worden
gemaakt dan structuren met flauwe bochten. Er is dus nog
ruimtebesparing mogelijk op een chip door het scherper maken van de
lichthoek.
Ultrakorte lichtpulsen
Wanneer het mogelijk is met nieuwe technieken ultrakorte lichtpulsen
te genereren op een optische chip, kan er veel meer data door een
netwerk worden verstuurd. Uitgangspunt is een netwerkcapaciteit van 1
Terabit per seconde, of hoger.
Snellere schakelaars
Schakelaars worden vaak gemaakt op basis van resonatoren. In een
resonator moet het licht eerst "heen en weer" worden gekaatst voordat
het gewenste effect wordt bereikt. Door de resonatoren te verkleinen,
worden de effecten sneller bereikt. Microresonatoren maken dus
ultrasnelle schakelaars mogelijk.
Optische elektronica
Nieuwe technieken kunnen ultrasnelle processen in optische
halfgeleiderversterkers genereren. Deze ultrasnelle optische
versterkers kunnen op hun beurt de basis zijn voor het realiseren van
logische circuits; in elektronische uitvoering vormen die de basis
van de huidige elektronica. We staan dus aan de vooravond van
optische elektronica. Deze optische elektronica zal wat betreft de
te realiseren snelheden voor het bewerken van data dus de gewone
elektronica ver achter zich laten. Het is interessant te melden dat
een aantal bekende termen die gebruikelijk zijn in de gewone
elektronica hier weer terugkomen, maar dan voorzien van het woord
"optisch". Er zijn nu bijvoorbeeld al optische flip flops, optische
buffers en optische poorten gerealiseerd.
Deelnemende partijen
- Vrije Universiteit Amsterdam (Quantum Elektronica Theorie groep)
- Technische Universiteit Eindhoven (Halfgeleider Fysica Groep, Geïntegreerde Opto-Elektronische Bouwstenen Groep en Telecommunicatie Systeem Groep)
- Universiteit Twente (MESA+ Instituut)
Looptijd
Najaar 2002 - najaar 2006
Projectleider
Prof.dr. Daan Lenstra (Vrije Universiteit Amsterdam)
De Boelelaan 1105, gebouw bl 1081
1081 HV Amsterdam
E-mail: lenstra@nat.vu.nl
Tel.: 020 - 444 78 55
