玻璃纖維(glass fibers)有可能成為資訊時代的傳輸高速公路──德國卡爾斯魯厄理工學院 (Karlsruhe Institute of Technology,KIT)研究人員成功開發了一種用以探測光學資料路徑的創新光探測器(photo detector),是玻璃纖維接收端的核心零組件;此成果為該類元件的尺寸設立了新標準,研究人員聲稱其佔位面積不到100平方微米(micrometer),是整合到IC中的理想方案,而更令人印象深刻的則是其資料傳輸速率。

KIT研究人員Sascha Mühlbrandt聲稱,新的光探測器是目前全球最小的光學資料傳輸元件,能為光通訊系統帶來顯著的性能提升,因為該元件能被整合到大量的光學半導體零組件中;在該團隊的實驗中,研究人員達到了40Gbps的最高傳輸速率,足以在不到一秒的時間內傳輸一片DVD內的完整視訊內容。Mühlbrandt堅信其吞吐量仍有進一步增加的潛力:「此電漿內光電發射探測器(plasmonic internal photoemission detector,PIPED )是有史以來達到這麼高資料傳輸速率的最小尺寸探測器;」他表示,該元件比傳統光探測器小100倍。

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KIT開發了一種電漿光電探測器,能直接與矽晶光波導耦合,而且尺寸不到1微米
(來源:KIT)

這種光探測器的超小尺寸,優勢在於可與單一CMOS晶片上的下游預處理(downstream preprocessing)電路整合;KIT旗下的微結構技術研究所(Institute for Microstructure Technology)專案協調人Manfred Kohl表示,此創新電漿元件能支援電腦內晶片之間的高速資料傳輸,開啟了結合電子與光學零件優勢的可能性,實現比純電子零件更高的資料吞吐量。

為了在非常小的空間內結合光學與電子,KIT開發的光探測器利用了表面電漿極化子(surface plasmon polariton),能將金屬介電邊界(metallic-dielectric boundary)表面的電磁波高度集中。此新種類電漿轉換器是以金屬表面光波長的直接訊號轉換為基礎,又稱為光發射(photo emission);要有效控制光線吸收以及其轉換成電子訊號的狀況,研究人員在鈦-矽接面(titanium-silicon junction)產生載流子(charge carriers),並在另一個金-矽接面將之重組,而探測器的高速度就是透過其特殊幾何尺寸所達成──在兩個金屬-矽接面之間的距離不到100奈米。

研究人員認為,PIPED的概念不只是未來光學資料傳輸矽統的基礎,也是無線資料傳輸系統的關鍵零組件;KIT旗下負責研究用以支援超高速訊號處理之光-電融合技術的HIRST (Helmholtz International Research School of Teratronics)研究所教授Christian Koos表示:「電漿零組件能被應用於無線高速資料通訊,並實現每秒1 terabit的資料傳輸速率。」

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Nano-Sized Photo Detector Can Be Integrated on CMOS Chip,byChristoph Hammerschmidt)