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Akusto-Optik: Extrem hochfrequenter Schall steuert Lichtwellen

Schall mit extrem kurzen Wellenlängen steuert Lichtwellen mit Frequenzen im Gigahertz-Bereich. Damit wird die Technik tauglich für die Optoelektronik
Lichter der Großstadt

Mechanische Schwingungen, deren Wellenlänge kürzer ist als die von Licht, können direkt mit Lichtwellen interagieren und ihnen gewünschte Muster aufzwingen. Entwickelt haben die Kopplung von Licht und Schall Semere Tadesse und Mo Li von der Universität Minnesota. Tadesse und Li bauten optische Schaltkreise in einen Schwingungsgenerator ein und versetzten das Gerät in so schnelle Schwingungen, dass die Wellenlänge des Schalls kürzer wurde als die des Lichts. Dadurch ließ sich die Intensität des Lichts auf sehr kurzer Zeitskala verändern – was zum Beispiel für die Optoelektronik erwünscht ist.

Bisherige optisch-akustische Kopplungen sind für moderne Datenübertragungsraten im Bereich von mehreren Gigabit pro Sekunde viel zu langsam, weil sie nur im Megahertz-Bereich arbeiten. Erst indem man Schall und Licht gemeinsam einsperrt, lässt sich das Problem überwinden. Grundlage des Tricks ist ein Bauteil, das man heutzutage in WiFi-Geräten als Mikrowellenfilter verwendet. Es besteht aus Silizium, auf das eine Schicht aus Aluminiumnitrid aufgebracht ist. Eine elektrische Spannung verformt sie zyklisch, so dass sie mit Frequenzen über zehn Gigahertz schwingt – die Wellenlänge des Schalls wird kürzer als die von sichtbarem Licht. Dadurch erfährt Licht, das in Wellenleitern auf einer solchen Platte eingesperrt ist, extrem starke nichtlineare Effekte wie die so genannte Brillouin-Streuung, so dass man auf diese Weise Licht auch mit den Frequenzen moderner Datenübertragungsraten modulieren kann.

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