Быстрые оптические переключатели обычно используют так называемый электрооптический эффект, при котором показатель преломления материала изменяется под действием внешнего электрического поля. К сожалению, в кремнии из-за симметрии его кристаллической решетки этот эффект отсутствует. Но теперь ученые нашли способ нарушить ненужную симметрию. Для этого на кремниевый оптический волновод сверху наращивают тонкий слой нитрида кремния Si3N4. Этот слой растягивает кристалл с одной стороны, нарушая его симметрию. Если теперь к расположенному над нитридом кремния изолированному электроду приложить напряжение как к затвору полевого транзистора, то показатель преломления волновода заметно изменится.

Теперь уже нетрудно изготовить оптический переключатель. Для этого кремниевый волновод раздваивают, а затем вновь объединяют, получая миниатюрный интерферометр Маха-Цендера. Если его плечи одинаковы, то свет проходит через интерферометр без ослабления. Но если показатель преломления одного из двух волноводов изменить описанным выше способом так, чтобы волны на выходе были в противофазе, то свет не пройдет. Эффективность работы интерферометра можно увеличить, добавив в волновод фотонный кристалл, который нетрудно изготовить, вытравив в плоском слое растянутого с одной стороны кремния регулярный набор дырок.

Ученым удалось выполнить ряд экспериментов, подтверждающих работоспособность новой концепции. Все образцы были изготовлены по стандартной CMOS-технологии «кремний на изоляторе», а в экспериментах использовался инфракрасный свет с длиной волны около полутора микрон, стандартной для оптических систем. И хотя электрооптический эффект в растянутом кремнии все же более чем на порядок слабее, чем в лучших кристаллах вроде ниобата лития, авторы считают, что простота и дешевизна кремниевой технологии заведомо компенсирует этот недостаток. — Г.А.