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03.07.2013, 14:14 Uhr | 0 |

Silizium statt Indiumphosphid Stuttgarter Forscher erreichen Durchbruch zur energiesparenden Übertragung von Daten

Riesige Datenmengen lassen sich künftig deutlich effizienter und mit geringerem Energieaufwand in Glasfasernetze einspeisen. Stuttgarter Forscher haben dafür Indiumphosphid durch Silizium ersetzt und einen neuen Effizienz-Weltrekord aufgestellt.

Wellenleiter aus Silizium
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Mikroskop-Bild eines gefertigten Chips in Silizium und auf Gitterstrukturen angebrachter Glasfasern für die Ein- und Auskopplung des Lichts.

Foto: Universität Stuttgart/IMS

Monat für Monat schwirren Daten mit einem Volumen von 900 Billiarden Byte durch die Luft und durch Lichtwellenleiter, auch Glasfaserkabel genannt. Urheber sind die Besitzer von Smartphones, die Bilder verschicken und im Internet surfen. Die Zunahme ist gewaltig. In vier Jahren, prognostiziert der amerikanische Netzspezialist Cisco, werden es schon zehn Trillionen Byte sein.

Neue Einspeisetechniken mit weniger Energieaufwand

Dazu kommen die Daten, die von stationären Geräten wie Laptops oder PCs auf den Weg gebracht werden. Zwar lassen sich die Lichtblitze, die durch die Fasern flitzen, mit wenig Energieaufwand erzeugen. Angesichts der gigantischen Mengen spielt der Energieverbrauch dennoch eine wichtige Rolle. Damit er sich nicht vervielfacht sind neue Einspeisetechniken nötig, die weniger Strom verbrauchen.

Forscher der Universität Stuttgart haben hier einen Durchbruch erzielt. Sie steigerten die Effizienz beim Übergang des Lichts zwischen einem Lichtwellenleiter und photonischen Elementen auf Siliziumscheiben von 67 auf 87 Prozent. Diese Einkopplung ist die Voraussetzung dafür, dass Lichtsignale in elektronische Signale – und umgekehrt – umgewandelt werden können, die die Mikroprozessoren in Computern verstehen und verarbeiten können. Diese Technik wird in einigen Jahren sogar in privat genutzten Computer serienmäßig eingesetzt, glauben die Stuttgarter Wissenschaftler. Ohne optische Übertragungstechniken ließen sich die Datenmengen innerhalb der Rechner sonst nicht mehr bewältigen.

Gigantische Übertragungsrate

Den Forschern der Stuttgarter Institute für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik sowie für Mikroelektronik ist es gelungen, photonische Bauelemente, die üblicherweise auf teurem Indiumphosphid aufgebaut werden, in Scheiben aus Silizium zu integrieren, dem preiswerten Standardmaterial der Mikroelektronik. Sie verwenden Licht mit einer Frequenz von 192 Billionen Hertz.

Damit erreichen sie eine Übertragungsrate von mehreren Billionen Bit pro Sekunde zwischen Lichtwellenleiter und den photonischen Bauelementen auf Silizium. Das reicht selbst für die anspruchsvollsten Anwendungen, aus heutiger Sicht jedenfalls. Die Forschungsarbeiten sollen nun in Zusammenarbeit mit der Industrie fortgeführt werden, um komplexe Sender und Empfänger auf Silizium zu realisieren, die zu geringen Kosten Datenübertragungsraten von deutlich mehr als einer Billion Bit pro Sekunde ermöglichen.

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Von Wolfgang Kempkens
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