在此圖示的硅芯片（灰色）上，電數據（白色）通過基於Mach-Zehnder干涉儀（MZI）的電光調製器傳輸，並通過基於ITO的可調諧等離激元移相器將電數據編碼到光域中（金色補丁在兩個MZI部分的頂部）能夠在與電信相關的C波段（紅色和紫色）的多種波長的光下工作，從而提高了諸如數據傳輸或人工智能神經網絡之類的光學應用的速度和效率。圖片來源：Mario Miscuglio和Rubab Amin
研究人員首次開發和演示了一種硅基電光調製器，該調製器比最新技術更小，更快，更高效。通過將氧化銦錫（ITO）（一種在觸摸屏顯示器和太陽能電池中發現的透明導電氧化物）添加到硅光子芯片平臺，研究人員能夠製造出一種尺寸為1微米的緊湊型設備，並能夠產生千兆赫茲的速度，或者每秒10億次信號調製。
電光調製器是互聯網的主力軍。他們將來自計算機和智能手機的電子數據轉換為光纖網絡的光學數據流，從而實現了現代數據通信，如視頻流。由於對數據服務的需求正在迅速增長並且正在向下一代通信網絡發展，因此新發明是及時的。利用其緊湊的佔地面積，電光轉換器可以用作光學計算硬件中的換能器，例如模擬人腦的光學人工神經網絡以及現代生活中的大量其他應用。
當前使用的電光調製器的尺寸通常在1毫米至1釐米之間。減小其尺寸可以提高封裝密度，這對於芯片至關重要。儘管硅通常用作構建光子集成電路的無源結構，但硅材料的光物質相互作用會引起相當弱的光學指數變化，從而需要更大的器件尺寸。雖然諧振器可以用來增強這種弱電光效應，但它們會縮小器件的光學工作範圍，並導致所需的加熱元件消耗大量能量。
電氣和計算機工程副教授沃爾克·索格（Volker Sorger）領導的喬治華盛頓大學的研究人員通過在硅光子波導芯片上均勻地添加一層氧化銦錫薄材料層，證明了光學指數變化比硅大1,000倍。 。與許多基於諧振器的設計不同，該頻譜寬帶設備可抵抗溫度變化，並允許單根光纖電纜攜帶多個波長的光，從而增加了可通過系統傳輸的數據量。
“我們很高興實現演示具有GHz速度的ITO調製器這一長達十年的目標。Sorger博士說：“這為性能增強但尺寸減小的下一代光子可重構設備開闢了新的視野。”
參考文獻：Rubab Amin，Rishi Maiti，Yaliang Gui，Can Suer，Mario Miscuglio，Elham Heidari，Ray T. Chen，Hamed Dalir和Volker J. Sorger撰寫的“硅光子上的亞波長GHz快速寬帶ITO Mach–Zehnder調製器在硅光子上” ，Optica，2020年4月13日。
這項技術已被數項專利申請所涵蓋，並可用於許可（美國專利申請第16 / 545,733號）。
這項工作由空軍科研辦公室（FA9550-17-1-0071和FA9550-17-1-0377）資助。
