Geluid sturen met licht

Door een geluidsgestuurde manier om licht te besturen toe te voegen aan de gereedschapskist van op licht gebaseerde chips, verlegden onderzoekers van de Universiteit Twente de grenzen van de technologie. Dit maakt het mogelijk om atoomklokken te ontwikkelen die klein genoeg zijn om in satellieten en drones te passen en daarmee navigatie mogelijk maken zonder GPS.

Stel je voor dat je de weg moet vinden met alleen een kompas en de sterren, en dat iemand je ineens een GPS geeft. Dat is wat David Marpaung en collega’s hebben gedaan voor ontwerpers van lichtgestuurde chips. Door hun ontdekking dat licht gestuurd kan worden met geluid, bieden de UT-onderzoekers een krachtig nieuw hulpmiddel dat het bereik en de prestaties van deze veelbelovende technologie flink uitbreidt. Deze technologie reikt inmiddels verder dan het oorspronkelijke doel van laagvermogen optische communicatie.

In de nieuwste editie van Science Advances wordt uitgelegd hoe Marpaung een bekend natuurkundig fenomeen, genaamd Stimulated Brillouin Scattering (SBS), geschikt heeft gemaakt voor massaproductie. Met SBS in hun gereedschapskist kunnen ingenieurs extreem nauwkeurige componenten zoals sub-hertz lasers en ultrascherpe filters integreren in hun fotonische schakelingen.

Deze chips gaan een schokeffect veroorzaken. “Geïntegreerde Brillouin-fotonica is een vruchtbaar gebied, zowel wetenschappelijk als commercieel, en ons werk brengt het van het lab naar de fab,” aldus Marpaung, verwijzend naar de zogenoemde 'fabs' waar chips worden geproduceerd.

Voor de telecomindustrie is Brillouin Scattering doorgaans hinderlijk. Wanneer licht door een glasvezel gaat, ontstaan er wisselingen in dichtheid en brekingsindex van het materiaal, waardoor het licht verstrooid wordt. Dit beperkt de hoeveelheid licht (en dus informatie) die efficiënt kan worden overgedragen.

Maar Brillouinverstrooiing kan ook nuttig zijn. Door de positieve terugkoppeling tussen lichtgolven en de resulterende geluidsgolven (zogeheten fononen) nauwkeurig te regelen, ontstaat een nieuwe manier om informatie te transporteren en te verwerken. “Na elektronen in elektronica en fotonen in geïntegreerde fotonica, kun je fononen zien als een derde manier om signalen te sturen, vormen of verwerken,” legt Marpaung uit.