LICHT-TRANSISTOR LEIDT TOT VOLLEDIG OPTISCHE SCHAKELCIRCUITS

Japanse onderzoekers hebben een optische transistor ontworpen, waarbij ze de versterking van een laserbundel kunnen aansturen met een andere laserbundel (Applied Physics Letters, 23 april). Hiermee is het werkingsprincipe aangetoond van de licht-transistor, een essentieel onderdeel voor schakelingen die alleen licht gebruiken als signaaldrager.

In huidige optische elektronica moeten lichtsignalen, bijvoorbeeld aangedragen door glasvezelkabels, eerst worden omgezet in elektronenstroompjes om ze te kunnen bewerken. Een optische transistor zou het licht direct kunnen schakelen, met een grotere snelheid en efficiëntie. Volledig optische chips zijn een ver einddoel.

De Japanse experimentele lichttransistor bestaat uit een dunne schijf van zeer dunne metaalhoudende laagjes op een kunststof ondergrond. Van bovenaf wordt de schijf beschenen met een dunne blauwe laserbundel, het te versterken signaal. Tegen de onderkant schijnt op precies dezelfde plek een rode laserbundel. Het beschenen oppervlak heeft een diameter van een duizendste millimeter.

In een van de onderste laagjes, een legering van germanium, antimoon en telluur, wekt de rode laserbundel `plasmonen' op. Plasmonen zijn plaatselijke groepjes collectief bewegende elektronen die licht kunnen versterken. De energie van de rode laserbundel wordt tijdelijk opgeslagen in de plasmonen. Twee laagjes hoger bevindt zich een laagje zilveroxide, waarin onder invloed van de hitte van de rode bundel eilandjes van puur zilver kunnen ontstaan. Deze zilver-eilandjes verstrooien het van boven invallende blauwe laserlicht naar de laag met de plasmonen. De daarin opgeslagen energie versterkt de intensiteit van het verstrooide blauwe licht.

Hoeveel blauw laserlicht naar de plasmonenlaag verstrooid wordt, hangt af van de grootte van de zilver-eilandjes. Die wordt weer bepaald door de sterkte van de rode bundel, wat de schakeling tot een lichttransistor maakt: met de rode bundel is de versterking van de blauwe bundel te regelen.

De vorming van de zilver-eilandjes is een snel chemisch proces. Na het uitschakelen van de laser reageert het zilver binnen een miljoenste van een seconde weer met zuurstof tot zilveroxide. Het ronddraaien van de schijf, nodig om de warmte van de lasers af te kunnen voeren, maakt de optische transistor nog onpraktisch in het gebruik.

    • Bruno van Wayenburg