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Modulatore elettro ottico assistito da un effetto plasmonico

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Per quasi due decenni i ricercatori hanno lavorato nel campo della plasmonica cercando di realizzare dispositivi ottici che trovino applicazione nel campo della tecnologia dell’informazione, nell’ ottica non lineare, nei sensori, nei nanotweezer ottici e nelle applicazioni biomediche.

La plasmonica studia l’accoppiamento delle onde elettromagnetiche con il movimento degli elettroni liberi, in prossimità della superficie di un metallo.

Nonostante, gli enormi vantaggi offerti dalla plasmonica, esiste un aspetto negativo legato al movimento dell’elettrone che genera calore attraverso le perdite ohmiche. Questo ha portato al pensiero diffuso che i plasmoni sono troppo deboli per trovare utilità nel campo della tecnologica dell’informazione.

Recentemente, in nun articolo pubblicato su Nature e intitolato Low-loss plasmon-assisted electro-optic modulator si dimostra che le perdite ohmiche possono essere aggirate usando un interruttore risonante plasmonico. Nell’approccio proposto dai ricercatori della Purdue University in collaborazione con l’ETH di Zurigo, dell’Università di Washington e del Virginia Commonwealth, la luce è accoppiata ai polaritoni plasmonici di superficie con perdite solo nello stato spento del dispositivo. Invece nello stato acceso del dispositivo, l’interferenza distruttiva impedisce alla luce di accoppiarsi alla sezione plasmonica. 

La proposta è quella di usare un approccio nel quale le perdite delle onde plasmoniche possono essere o usate in modo selettivo o raggirate tale da raggiugere simultaneamente, basse perdite, elevata modulazione, compattezza e alta velocità.

 

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Microscopia a scansione elettronica (SEM) di un risonatore plasmonico a forma di anello e trasmissione. a, Vista dall’alto; b, Sezione del risonatore. c Misura passiva di due risonatori ad anello identifci con aggi diversi.

Nel passato l’obbiettivo è stato quello di ridurre le perdite ohmiche il più possibile per minimizzare le perdite del dispositivo durante il suo funzionamento (stato-on). Invece qui l’approccio è quello di sfruttare le perdite plasmoniche disegnando la geometria del dispositivo tale che la luce passi attraverso una sezione di dispositivo nel quale le perdite sono necessarie e cioè quando è spento (stato  off). Questo traguardo è stato raggiuto usando un anello risonatore plasmonico accoppiato ad una guida d’onda in silicio con un indice di rifrazione alto e quindi a basse perdite.

Nella modalità acceso, il risonatore risuona a una lunghezza d’onda diversa da quella dell’onda del segnale (luce), così che l’onda del segnale non si accoppia al risonatore e attraversa una guida d’onda al silicio senza perdite.

 Nella modalità spento, l’indice di rifrazione del polimero di cui è composto l’anello, permette di risuonare alla stessa frequenza del segnale sorgente. Ora la luce si sposta nel risonatore, dove le perdite plasmoniche smorzano la risonanza, come desiderato.

Quindi, la modalità acceso è un effetto puramente fotonico, mentre la modalità spento è un effetto plasmonico.

L’approccio proposto può essere sfruttato per molti altri sistemi di materiali che vanno da materiali a basso indice come soluzioni acquose o materiali ad alto indice come il silicio.
 

 

Maggiori informazioni: Christian Haffner et al. Low-loss plasmon-assisted electro-optic modulator. Nature

 

 

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