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TU Berlin

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Forschung

Datenübertragung der Zukunft

Dienstag, 18. Dezember 2012

Weltweit kleinster Hochgeschwindigkeits-Modulator an der TU Berlin entwickelt

Physikerin und TU-Professorin Ulrike Woggon mit dem Wissenschaftlerteam, das einen marktfähigen Demonstrator entwickelt
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Mehr als 10 000 größere Rechenzentren gibt es in Deutschland. Ob Internethändler oder Suchmaschinenbetreiber – in vielen Branchen werden riesige Mengen von Daten in Hallen mit Türmen aus Computern verarbeitet. Laut dem zentralen deutschen Netzanbieter soll das größte Datencenter 150 000 Quadratmeter umfassen. Sein Bau begann im Oktober 2012 in Sachsen-Anhalt.

Der stetig steigende Datenverkehr und wachsende Bedarf an Bandbreite erfordert auch höhere Übertragungskapazitäten in solchen Datencentern. Neue Hardware-Konzepte sind dafür nötig. Ein Team am Institut für Optik und Atomare Physik der TU Berlin hat in Zusammenarbeit mit dem IHP-Leibniz-Institut für Innovative Mikroelektronik aus Frankfurt (Oder) durch ein innovatives Design den weltweit kleinsten Hochgeschwindigkeits-Modulator mit einer Länge von weniger als zehn Mikrometern entwickelt. Bei gleichzeitig hohen Modulationsgeschwindigkeiten von bis zu 25 Gigabaud hat er eine sehr hohe Temperaturstabilität und ist mit 200 Femtojoule/Bit besonders energieeffizient.

Die „konventionelle“ Kommunikationstechnologie auf Basis von Kupferleitungen stößt an ihre physikalischen Grenzen. Deshalb werden zunehmend schnelle, energieeffiziente optische Übertragungssysteme eingesetzt. Für die Mittel- bis Langstreckenkommunikation über mehr als zwei Kilometer mit hohen Datenkapazitäten werden bereits ausschließlich optische faserbasierte Systeme verwendet. Sie gewinnen aber auch in Kurzstreckenbereichen, wie man sie bei der Datencenter- und Computerperipherie-Kommunikation vorfindet, an Bedeutung. Um diese Systeme in den Massenmärkten zu etablieren, sind extrem kostengünstige Lösungen notwendig, die aufgrund der hohen Komplexität und aufwendigen Fertigung nicht leicht umsetzbar sind. Der aussichtsreichste Ansatz liegt in einer hochintegrierten Hardware auf Basis der Silizium-Photonik wie der neue Hochgeschwindigkeits-Modulator aus der TU Berlin. Das Team um Dr. Stefan Meister, Dr. Christoph Theiss und Dr. Hanjo Rhee hat eine Plattform miniaturisierter integrierter Bauelemente entwickelt und diese zu funktionalen Baugruppen aus komplexen photonischen Schaltkreisen auf einem Chip zusammengefügt. Diese „optischen“ Chips haben Wissenschaftler des Leibniz-Instituts um Dr. Lars Zimmermann gefertigt. Mit dem Institut verbindet die TU Berlin eine langjährige Kooperation; zum Beispiel im Rahmen des Joint Lab „Silicon Photonics“.

Der Silicon-on-Insulator (SOI) Chip ist 26 x 11 Quadratmillimeter klein und hat über 700 verschiedene optische Bauelemente
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Kernstück des Modulator-Designs ist ein optischer Resonator mit Spiegeln aus eindimensionalen photonischen Kristallen. In Kombination mit einer besonders kleinen und effizienten elektrischen Diode kann die Lichttransmission durch den Modulator mit hoher Geschwindigkeit geschaltet werden. Dieser Leistungssprung wurde durch die gezielte Verknüpfung der elektrischen und optischen Eigenschaften des Modulators mittels „Node-Matched-Doping“ möglich. In dem seit September 2012 vom Bundesforschungsministerium mit insgesamt 1,6 Millionen Euro geförderten Projekt „Silimod“ wird dieses innovative Modulator-Bauelement zu einem marktfähigen Demonstrator weiterentwickelt. Betreut wird das Projekt von Prof. Dr. Ulrike Woggon und Prof. Dr. Hans J. Eichler im Rahmen der VIP-Fördermaßnahme (Validierung des Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung) über einen Zeitraum von drei Jahren.

Jana Bialluch / Quelle: Hochschulzeitung "TU intern", 12/2012

"TU intern" Dezember 2012

  • Online-Inhaltsverzeichnis [3]
  • Hochschulzeitung "TU intern" - Dezember 2012 [4]
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