Des chercheurs de l'ETH Zurich ont mis au point une puce ultra-rapide à utiliser pour convertir des signaux électroniques rapides directement en signaux lumineux ultra-rapides sans perte de qualité du signal. C'est la première fois que les éléments électroniques et basés sur la lumière sont combinés sur la même puce. L'expérience a été réalisée en collaboration avec des partenaires en Allemagne, aux États-Unis, en Israël et en Grèce. C'est le tremplin en termes techniques car actuellement, ces éléments doivent être fabriqués sur des puces séparées puis connectés avec des fils.
Lorsque les signaux électroniques sont convertis en signaux lumineux à l'aide de puces séparées, la qualité du signal diminue et la vitesse de transmission des données utilisant la lumière est également entravée. Cependant, ce n'est pas le cas de la nouvelle puce plasmonique livrée avec un modulateur, un composant sur la puce qui génère une lumière d'une intensité donnée en convertissant les signaux électriques en ondes lumineuses. La petite taille du modulateur garantit qu'il n'y a pas de perte de qualité et d'intensité dans le processus de conversion, et la lumière, plutôt que les données, est transmise rapidement. La combinaison de l'électronique et de la plasmonique sur une seule puce rend possible l'amplification des signaux lumineux et assure une transmission plus rapide des données.
Les composants électroniques et photoniques sont placés étroitement l'un sur l'autre, comme deux couches, et sont directement placés sur la puce à l'aide de «vias sur puce» pour la rendre aussi compacte que possible. Cette superposition de l'électronique et de la photonique raccourcit les chemins de transmission et réduit les pertes en termes de qualité du signal. Cette approche est appelée à juste titre «co-intégration monolithique» car l'électronique et la photonique sont mises en œuvre sur un seul substrat. La couche photonique sur la puce contient un modulateur d'intensité plasmonique qui aide à convertir les signaux électriques en signaux optiques encore plus rapides en raison des structures métalliques qui canalisent la lumière pour atteindre des vitesses plus élevées.
Les quatre signaux d'entrée à faible vitesse sont regroupés et amplifiés pour former un signal électrique à grande vitesse qui est ensuite converti en un signal optique à grande vitesse. Ce processus est connu sous le nom de «multiplexage 4: 1» qui pour la première fois a permis la transmission de données sur une puce monolithique à une vitesse de plus de 100 gigabits par secondepossible. La vitesse élevée a été obtenue en combinant la plasmonique avec l'électronique CMOS classique et la technologie BiCMOS encore plus rapide. En outre, un nouveau matériau électro-optique stable à la température de l'Université de Washington et des informations issues des projets Horizon 2020 PLASMOfab et plaCMOS ont également été utilisés. Les chercheurs sont convaincus que cette puce ultrarapide ouvrira rapidement la voie à une transmission rapide des données dans les réseaux de communication optique du futur.