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TU Berlin

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Physiker der TU Berlin entwickeln die weltweit energieeffizientesten Laser für die optische Datenübertragung

Freitag, 22. Juli 2011

Medieninformation Nr. 222/2011

Draufsicht eines hocheffizienten Oberflächenemitters (VCSEL) mit aufgesetzter Glasfaser zur Einkopplung des optischen Signals
Lupe

Physiker der TU Berlin haben neuartige hocheffiziente Laserdioden entwickelt. Liegt der Energieverbrauch der gegenwärtig kommerziell erhältlichen effizientesten Laser bei 1000 Femtojoule pro Bit bei einer Übertragungsrate von 10 Gigabit pro Sekunde, weisen die innovativen Laserdioden aus der TU Berlin einen Energieverbrauch von 100 Femtojoule pro Bit auf bei einer Datenrate von 25 Gigabit pro Sekunde. Damit sind die Oberflächenemitter aus den TU-Laboren im Energieverbrauch zehnmal effizienter als die effizientesten kommerziellen Laser, und sie bieten gleichzeitig eine mehr als doppelt so hohe Bandbreite.

"Die von uns entwickelten Laser sind die energieeffizientesten Lichtquellen für die kurzreichweitige optische Datenübertragung weltweit", sagt Prof. Dr. Dieter Bimberg vom Institut für Festkörperphysik, dessen Arbeitsgruppe die Forschungen durchgeführt hat. Aber nicht nur hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Datenrate brechen sie Rekorde, auch hinsichtlich der Übertragungsdistanz. "Bisher können Oberflächenemitter für die optische Datenübertragung über Multimode-Glasfasern für Strecken von maximal 300 Metern und nur bis 10 Gigabit pro Sekunde eingesetzt werden. Unsere Laserdioden übertragen die Daten bis zu einer Distanz von 1000 Metern", so Dieter Bimberg.

Zudem haben die TU-Wissenschaftler bewiesen, dass die künftig erforderlichen extrem hohen Effizienzanforderungen erreicht werden können, ohne dass neuartige aufwendige und damit teure Bauelementtechnologien notwendig sind.

Lasertechnologien gehören zu den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts; ihre Anwendung in der optischen Datenübertragung stellt die einzige bekannte Lösung für das gravierende Problem des rapide steigenden Datenverkehrs und des damit verbundenen steigenden Energieverbrauchs dar.  Allein die im Internet übertragene Datenmenge wächst jährlich um 50 bis 60 Prozent. "Optische Nachrichtentechnik ist wesentlich energieeffizienter als die zum großen Teil im Teilnehmerbereich oder bei der Computertechnik noch heute verwendeten und auf Kupferkabeln basierten Verbindungen, da sich mit ihr höhere Datenraten über längere Distanzen bei einem um Größenordnungen niedrigerem Energieverbrauch realisieren lassen. Oberflächenemitter, Halbleiterlaser mit Vertikalresonator (VCSEL), sind klein, leistungsstark, effizient im Energieverbrauch und äußerst günstig in den Herstellungskosten. Sie sind damit im besonderen Maße geeignet, das Problem des wachsenden  Energieverbrauchs in Rechenzentren zu lösen", erklärt Dr. Werner Hofmann, Oberingenieur in der Arbeitsgruppe von Professor Bimberg.

Der Energieverbrauch von Rechenzentren steigt durch die Zunahme des Datenverkehrs jedes Jahr um 12 Prozent. Dabei werden 50 Prozent der Energie mit zunehmender Tendenz für die Kühlung der Computer eingesetzt. Oberflächenemittierende Laser haben auch da einen Vorteil: Sie können bis zu Temperaturen von mindestens 55 Grad Celsius energieeffizient betrieben werden. Das Forscherteam um Dieter Bimberg hat außerdem eine Technologie entwickelt, die es ermöglicht, diese Oberflächenemitter noch bei Temperaturen von 155 Grad Celsius zu betreiben und zur Datenübertragung zu nutzen, ohne zu kühlen. Jedes Grad Celsius, das weniger gekühlt werden muss, spart fünf Prozent Energie.

Die neuen Laserdioden sollen durch die Firma VI Systems, ein Start up der TU Berlin, an deren Spitze mit Professor Nikolai Ledentsov ein ehemaliger TU-Angehöriger steht, vermarktet werden. "Der Bereich der optischen Technologien besitzt in Berlin und Brandenburg wissenschaftlich wie wirtschaftlich eine enorme Wachstumsdynamik", sagt Prof. Dr. Dieter Bimberg. "Wir wollen dieser Erfolgsgeschichte der optischen Technologien in der Region ein weiteres Kapitel hinzufügen - mit Green Photonics made in Berlin."

Teile des Projektes wurden gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 787 "NanoPhotonik", dessen Sprecherhochschule die TU Berlin ist, durch den  Zukunftsfonds des Landes Berlin im Rahmen des Projektes "100x100 Optics" und durch das Programm "VISIT" des 7. Forschungsrahmenpro-gramms der EU.

Zusammenfassung:

Die von der Arbeitsgruppe unter Leitung von Prof. Dr. Dieter Bimberg entwickelten Oberflächenemitter verbinden einen extrem niedrigen Energieverbrauch mit einer höheren Datenrate und einer langen Übertragungsdistanz von mindestens einem Kilometer. Sie arbeiten temperaturstabil bei konstanten Betriebsströmen. Dadurch wird weitere Energie eingespart, weil auf eine aktive Kühlung verzichtet werden kann.

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Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:

Prof. Dr. Dieter Bimberg
Institut für Festkörperphysik
Hardenbergstraße 36
10623 Berlin
Tel.: 030/314-22783

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