Optische computers komen weer stapje dichterbij

Op termijn zou met de ringetjes een geheel optische computer gebouwd kunnen worden. Een apparaat dat signalen bijzonder snel kan verwerken, omdat er geen tijdrovende omzetting van licht naar elektriciteit meer hoeft plaats te vinden. Bij de tegenwoordige optische schakelingen is zo’n conversie steeds nodig. Nieuwe materialen Het werk van Klunder is mede gedaan in het kader van een Europees onderzoek waaraan bijna tien universiteiten deelnemen. Dit project draagt de naam Nais, ofwel de Next Generation Active Integrated Optic Subsystems. Nederland is in Nais vertegenwoordigd door het Mesa+ Research Institute, waar Klunder actief is. Bij Mesa+ richt men zich op de toepassing van nieuwe materialen en de bijbehorende ontwikkelingsgereedschappen. Het onderzoeksinstituut FOM is een belangrijke financiële steun bij het project. De ringetjes worden gemaakt uit anorganisch materiaal, met silicium als basis. “Je zou eventueel ook polymeren kunnen gebruiken, maar dat hebben we maar sporadisch gedaan”, zegt Hugo Hoekstra van de Lightwave Devices groep en de begeleider van Dions promotieonderzoek. Het silicium wordt gemengd met zuurstof en stikstof, waarbij de relatieve hoeveelheden van elk materiaal de brekingsindex van de ring bepalen. De ringetjes hebben een middellijn van 5 tot maximaal 50 micron en ze kunnen het best worden gezien als opgerolde stukjes glasvezel. De ringetjes zijn aangebracht op een substraat, tussen twee lichtgeleiders in. De ring kent twee standen, ofwel er tolt licht in rond ofwel de cirkel blijft geheel donker. In het eerste geval stroomt er licht van de ene lichtgeleider naar de andere, in het andere geval is zo’n doorkoppeling er niet. Anders gezegd: de ring fungeert als schakelaar. Aan de boven- en onderkant van iedere ring zijn elektroden gemonteerd. “Die dienen”, zegt Hoekstra, “om de brekingsindex van de ring fijn bij te stellen. We zijn nog niet zover dat we een materiaal exact een bepaalde brekingsindex kunnen geven. Correctie van buitenaf is en blijft nodig.” De ringetjes kunnen zo worden gemaakt, dat ze alleen bepaalde kleuren licht doorlaten. Op die manier werken ze als filter, dan wel als schakelaar die reageert op een bepaalde kleur licht. “We noemen het wel licht om door een ringetje te halen”, meent Klunder. Hij heeft vooral gekeken naar de fysische eigenschappen van de ringetjes. Dat wil zeggen: hoe reageert een ring wanneer er verschillende kleuren licht worden aangeboden en hoe varieert de werking als materiaal met een andere brekingsindex wordt toegepast. “En de ringetjes moeten natuurlijk ook worden gemaakt, waarvoor we op uitgebreide schaal gebruik hebben gemaakt van de clean room bij het Mesa+ Research Institute. We bedachten een aantal methoden om de ringetjes te fabriceren. Ook zijn algoritmes geschreven om de werking van de ringetjes vooraf al te simuleren.” Heilige graal De geheel optische computer is de heilige graal van de wetenschap en zal dat nog wel een tijdje blijven. Hoekstra: “Je weet natuurlijk niet wat er gaat gebeuren, maar we denken dat een puur optische computer toekomstmuziek blijft. Wel zal de communicatie tussen schakelingen onderling steeds meer langs optische weg verlopen. De verwerking van data blijft gewoon elektronisch gaan.” “Het is nog maar een prototype, je kunt er niet meteen een geheel optische computer mee bouwen”, zegt ook Klunder. Een ringetje is bovendien een behoorlijk stuk groter is dan een ‘traditionele’ transistor die uit silicium bestaat en die met elektrische signalen werkt. Het project toont echter wel aan dat de ideeën over optische computers in de praktijk uitvoerbaar kunnen zijn.