211service.com
Leidend licht
Voor Paul Braun is de toekomst van optische computers glashelder. Braun en zijn collega's van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign melden dat ze een goedkopere en eenvoudigere manier hebben gevonden om kleine optische golfgeleiders in fotonische kristallen te construeren. Deze golfgeleiders hebben het potentieel om zich te gedragen als de microscopisch kleine draden op een conventionele microchip, behalve dat ze fotonen zouden transporteren in plaats van elektronen rond klitten van circuits op submicrometerschaal. En dat zou kunnen helpen om van fotonische kristallen de basis te maken voor een nieuwe generatie veel snellere telecommunicatie- en computerapparatuur.
Fotonische kristallen zijn ingewikkelde microscopisch kleine structuren met gaten op regelmatige afstanden, zoals een geordende Zwitserse kaas. De gaten vormen een barrière tegen licht van bepaalde golflengten en in de juiste opstelling kunnen ze fotonen langs voorgeschreven paden dwingen. In tegenstelling tot optische vezels, die licht lekken als ze te ver worden gebogen, kunnen deze golfgeleiders fotonen om scherpe hoeken slingeren, waardoor ze ideale componenten zijn voor optische schakelaars, microlasers, lichtemitterende diodes en zelfs volledig optische geïntegreerde schakelingen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 2002
- Zie de rest van het probleem
- Abonneren
Terwijl bedrijven zoals Agilent Technologies en een aantal academische en overheidslaboratoria fotonische kristallen ontwikkelen, is het een grote uitdaging om paden te creëren die er met de vereiste precisie op micrometerniveau doorheen kronkelen. Verschillende onderzoeksgroepen, waaronder een bij Sandia National Laboratories in Albuquerque, NM, hebben fotonische kristalgolfgeleiders gebouwd en getest op siliciumwafels, maar hun fabricagetechniek is hetzelfde complexe, repetitieve en dure lithografische proces dat wordt gebruikt om de huidige microchips te modelleren. Het is een geweldige techniek, als het je niet uitmaakt wat het kost, zegt Braun.
De techniek van Braun begint met kleine silicabolletjes die zichzelf in oplossing assembleren tot een driedimensionale, kristalachtige structuur. Brauns echte prestatie was het vinden van een manier om nauwkeurig gevormde paden door deze kristallen te creëren nadat ze zijn samengevoegd: zijn groep vult de ruimte tussen de bollen met een lichtgevoelig polymeer en gebruikt vervolgens een microscoop om een laser op specifieke punten te focussen, waardoor het polymeer uithardt. Laat het omringende, ongeharde polymeer leeglopen en het resultaat is een defect in het kristal: een perfect gevormd pad door de bollen, gebouwd met slechts één laserbeweging.
Veel mensen hebben nagedacht over het toevoegen van defecten aan deze zelfassemblerende materialen, zegt David Norris, een fotonica-onderzoeker bij de afdeling Chemical Engineering and Materials Science van de Universiteit van Minnesota. De groep van Paulus heeft het eerste voorbeeld laten zien van hoe dat zou kunnen. Hoewel Braun zegt dat het drie jaar of langer kan duren voordat zelfassemblerende fotonische kristallen hun weg vinden naar commerciële apparaten, verwacht hij een werkend prototype te demonstreren - misschien gemaakt van een materiaal zoals silicium dat licht betrouwbaarder doorlaat dan het polymeer - binnenin de komende zes maanden.