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Licht schaltet Licht

Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Cornell Universität hat einen optischen Schalter auf einem Siliziumchip hergestellt. Dabei wird ein Lichtstrahl in einem Wellenleiter durch einen zweiten Strahl einer leicht verschobenen Wellenlänge quasi ausgeschaltet. Die Arbeit der Forscher ist im Fachmagazin Nature (Ausgabe vom 28. Oktober) beschrieben.

Die von Michal Lipson angeführte Forschergruppe stellte in ihrem Experiment einen Wellenleiter, dessen Durchmesser nur Bruchteile eines Millimeters betrugen, auf einem Siliziumchip her. Der Leiter bestand aus einer Region mit einem leicht vergrößerten optischen Brechungsindex, so dass er Licht mittels Totalreflexion einschloß.

Dieser Wellenleiter befand sich tangential zu einem Ringresonator, einem zu einem Kreis gebogenen Wellenleiter. Auf diese Weise konnte Licht einer genau definierten Wellenlänge von dem geraden Leiter in den Ringresonator gelangen, ein Phänomen, das als Resonanz bezeichnet wird. In dem Experiment fand dies für Licht einer Wellenlänge von etwa 1,5 Mikrometern statt ? der typischen Wellenlänge in der Kommunikationstechnologie.

Der Clou dieser Anordnung bestand nun darin, dass Licht einer leicht verschobenen Wellenlänge nicht von dem geraden Leiter in den Ringresonator gelangte ? es breitete sich vielmehr ungestört an der Kontaktstelle zwischen den beiden Leitern vorbei aus.

Um den resonanten Lichtstrahl auszuschalten, schickten die Forscher einen zweiten Strahl einer etwas verschobenen Wellenlänge in den geraden Leiter. Dessen Energie wurde dann durch einen als 2-Photonen-Absorption bezeichneten Vorgang von dem Silizium absorbiert, so dass freie Ladungsträger entstanden.

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Dadurch veränderte sich der Brechungsindex des Chips, wodurch sich die Resonanzfrequenz des Ringresonators etwas verschob. Somit befand sich der ursprüngliche Strahl, der etwa ein Signal codieren könnte, nicht mehr in Resonanz mit dem Ringleiter ? er wanderte nun auch ungestört an dem Resonator vorbei, und wurde somit in diesem ausgeschaltet.

Die Forscher glauben, auf diese Weise effiziente Filter und andere für die Kommunikationstechnologie wichtige Bauteile auf rein optischer Basis herstellen zu können.

Stefan Maier
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