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Neuartige Kommunikationslaser sollen wachsende Datenflut bewältigen

Schneller und kostengünstiger Neuartige Kommunikationslaser sollen wachsende Datenflut bewältigen

Ein Forschungsteam der Universität Kassel ist an der Entwicklung eines neuartigen Quantenpunkt-Laser beteiligt. Er soll preiswerter als herkömmliche Halbleiter-Laser sein, viermal mehr Daten als bisher möglich übertragen, in Rechenzentren Energiekosten sparen und längere Übertragungsdistanzen erreichen.

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Spezieller Wafer in seinem Halter.

Quelle: Uni Kassel

Kassel. Im Rahmen des mit 3,3 Millionen Euro von der EU geförderten und auf drei Jahre angelegten Verbund-Forschungsprojekts Sequoia wird das Team unter Leitung von Prof. Johann Peter Reithmaier vom Fachgebiet Technische Physik der Universität Kassel bis Ende 2016 mit Partnern aus Frankreich und Dänemark zwei Demonstratoren bauen, die eine Datenmenge von bis zu 400 Gigabit pro Sekunde in einer einzigen Glasfaser übertragen und Lichtwellen – das Datentransportmedium – in größerer Bandbreite und exakter modulieren können. 590 000 Euro fließen für diese Forschung nach Kassel.

Derzeit bewältigen die für den Datentransport in Rechenzentren eingesetzten Übertragungssysteme maximal 100 Gigabit pro Sekunde pro Glasfaser. Dieses Tempo hält mit der rasant wachsenden Datenflut im Internet nicht mit, und das erhöht die Kosten erheblich.

Halbleiterlaser funktionieren, indem sie elektrische Energie besonders effizient in Licht umwandeln. Durch die Modulation von Bandbreite, Stärke und Länge der ausgestrahlten Lichtwellen lassen sich Daten in großer Menge übertragen. Diese Modulation wird im Wesentlichen durch eine besondere nanoskopische Struktur aus Halbleitermaterial gesteuert. In diesen sogenannten, nur maximal 20 Nanometer großen, Quantenpunkten werden elektrische Ladungsträger gewissermaßen „gefangen“ und zur Lichtaussendung gezwungen.

„Je mehr Quantenpunkte man erzeugt und je geringer die Größenabweichungen sind, desto größere Übertragungsgeschwindigkeiten und Modulationsbreiten erreicht man. In dem für die Langstreckenübertragung wichtigen Wellenlängenbereich von 1,5 Mikrometern sind wir momentan weltweit führend“, erklärt Prof. Reithmaier. Durch das Stapeln von wenige Nanometer dicken Schichten aus Halbleitermaterial erzielt sein Forscherteam komplexe und homogene Strukturen, die Milliarden unterschiedlich großer Quantenpunkte enthalten, und das auf einem nur wenige Quadratmillimeter großen Chipsatz.

Die Verwendung von winzigen Siliziumscheiben, statt eines teureren Halbleitermaterials als Substrat, stellt die Forscher vor besondere Herausforderungen. „Silizium ist optisch tot“, sagt Reithmaier. Die Forschungsverbund-Partner haben jedoch ein Verfahren entwickelt, bei dem das optisch aktivierbare Halbleitermaterial separat hergestellt wird und hauchdünn mit dem sogenannten „Molecular Bonding“ auf Silicium übertragen werden kann.

eb

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