Vorbild

Für Paul Braun ist die Zukunft des Optical Computing glasklar. Braun und seine Kollegen von der University of Illinois in Urbana-Champaign berichten, dass sie einen billigeren und einfacheren Weg gefunden haben, winzige optische Wellenleiter in photonischen Kristallen zu konstruieren. Diese Wellenleiter haben das Potenzial, sich wie die mikroskopischen Drähte auf einem herkömmlichen Mikrochip zu verhalten, mit der Ausnahme, dass sie Photonen statt Elektronen um das Gewirr von Schaltungen im Submikrometerbereich transportieren würden. Und das könnte dazu beitragen, photonische Kristalle zur Grundlage für eine neue Generation von weitaus schnelleren Telekommunikations- und Computergeräten zu machen.

Photonische Kristalle sind komplizierte mikroskopische Strukturen, die mit regelmäßig verteilten Löchern übersät sind, wie ein ordentlicher Schweizer Käse. Die Löcher bilden eine Barriere gegen Licht bestimmter Wellenlängen und können in der richtigen Anordnung Photonen auf vorgeschriebenen Wegen zwingen. Im Gegensatz zu Glasfasern, die bei zu starker Biegung Licht abgeben, können diese Wellenleiter Photonen um scharfe Ecken schleudern, was sie zu idealen Komponenten für optische Schalter, Mikrolaser, Leuchtdioden und sogar vollständig optische integrierte Schaltkreise macht.

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Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom Mai 2002



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Während Unternehmen wie Agilent Technologies und eine Reihe von akademischen und staatlichen Labors photonische Kristalle entwickeln, ist es eine große Herausforderung, Wege zu schaffen, die sich mit der erforderlichen Präzision im Mikrometerbereich durch sie schlängeln. Mehrere Forschungsgruppen, darunter eine an den Sandia National Laboratories in Albuquerque, NM, haben photonische Kristallwellenleiter auf Siliziumwafern gebaut und getestet, aber ihre Herstellungstechnik ist dieselbe komplexe, sich wiederholende und teure lithographische Prozedur, die zum Strukturieren heutiger Mikrochips verwendet wird. Es ist eine wunderbare Technik – wenn es einem egal ist, was es kostet, sagt Braun.

Brauns Technik beginnt mit winzigen Silica-Kugeln, die sich in Lösung zu einer dreidimensionalen, kristallähnlichen Struktur zusammenfügen. Brauns eigentliche Leistung bestand darin, einen Weg zu finden, durch diese Kristalle nach dem Zusammenbau präzise Wege zu schaffen: Seine Gruppe füllt den Raum zwischen den Kugeln mit einem lichtempfindlichen Polymer und fokussiert dann mit einem Mikroskop einen Laser auf bestimmte Punkte, wodurch das Polymer aushärtet. Entleeren Sie das umgebende, ungehärtete Polymer, und das Ergebnis ist ein Defekt im Kristall: ein perfekt geformter Weg durch die Kugeln, der mit nur einem Laserdurchgang gebaut wird.

Viele Leute haben darüber nachgedacht, wie man diesen selbstorganisierenden Materialien Defekte hinzufügen kann, sagt David Norris, ein Photonik-Forscher am Department Chemical Engineering and Materials Science an der University of Minnesota. Die Gruppe von Paulus hat das erste Beispiel dafür gezeigt, wie dies bewerkstelligt werden könnte. Während Braun sagt, dass es drei Jahre oder länger dauern könnte, bis selbstorganisierende photonische Kristalle ihren Weg in kommerzielle Geräte finden, erwartet er, einen funktionierenden Prototyp zu demonstrieren – möglicherweise aus einem Material wie Silizium, das Licht zuverlässiger überträgt als das Polymer – im Inneren die nächsten sechs Monate.

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