Auf der Überholspur: RUB-Forscher entwickeln neues Konzept für ultraschnelle Laser

Bochumer Elektrotechnikern ist es gelungen, ein neues Konzept für ultraschnelle Halbleiterlaser zu entwickeln. Forscher der RUB nutzen dabei die Eigendrehbewegung von Elektronen, den sogenannten Spin, geschickt aus, um die bisherigen Barrieren für die Geschwindigkeit erfolgreich zu durchbrechen.

Die neuen Spin-Laser haben das Potenzial zukünftig Modulationsfrequenzen deutlich über 100 GHz zu erreichen. Das ist ein entscheidender Schritt zur Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung z.B. für das Internet von morgen. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in der renommierten Zeitschrift „Applied Physics Letters“ des American Institute of Physics.

Optische Datenübertragung: Die Basis unserer Informationsgesellschaft

Die optische Datenübertragung durch Halbleiterlaser ist eine Grundvoraussetzung für die global vernetzte Welt und die heutige Informationsgesellschaft. Der immer größere Vernetzungsgrad und der Wunsch, größere Datenmengen austauschen zu können, bilden die Triebfeder für die Entwicklung immer schnellerer optischer Datenübertragungssysteme. Die maximale Geschwindigkeit herkömmlicher Halbleiterlaser war dabei lange ein begrenzender Faktor – typische Modulationsfrequenzen liegen derzeit bei Werten deutlich unter 50 GHz.

Über 100 GHz möglich: Eine Barriere wackelt

Durch Verwendung von Spin-Lasern konnten die Bochumer Forscher die bisherigen Grenzen für die Modulationsgeschwindigkeit überwinden. Während in konventionellen Lasern die Eigendrehrichtung der injizierten Elektronen völlig willkürlich ist, werden bei den Spin-Lasern nur Elektronen mit vorher festgelegtem Spinzustand verwendet. Durch die Injektion dieser spinpolarisierten Elektronen wird der Laser dazu gezwungen, auf zwei Lasermoden unterschiedlicher Frequenz gleichzeitig zu arbeiten. „Dieser Frequenzunterschied lässt sich leicht durch die sogenannte Doppelbrechung im Resonator einstellen, zum Beispiel indem man den Mikrolaser einfach verbiegt“, sagt Dr. Nils Gerhardt. Durch die Kopplung der beiden Lasermoden im Mikroresonator entsteht eine Schwingung mit neuer Frequenz, die theoretisch weit über 100 GHz erreichen kann. Ihre Ergebnisse erzielten die Forscher um Dr. Gerhardt im Sonderforschungsbereich 491 der Universitäten Bochum und Duisburg-Essen („Magnetische Heteroschichten: Spinstruktur und Spintransport“).

Titelaufnahme

N.C. Gerhardt, M.Y. Li, H. Jähme, H. Höpfner, T. Ackemann, and M.R. Hofmann: „Ultrafast spin-induced polarization oscillations with tunable lifetime in vertical-cavity surface-emitting lasers“, Appl. Phys. Lett. 99, 151107 (2011), DOI: 10.1063/1.3651339

Paper im Internet: http://apl.aip.org/resource/1/applab/v99/i15/p151107_s1

Weitere Informationen

Dr. Nils Gerhardt, Lehrstuhl für Photonik und Terahertztechnologie, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der RUB, Tel.: 0234/32-26514, Nils.Gerhardt@rub.de

Angeklickt

Lehrstuhl für Photonik und Terahertztechnologie:
http://www.ptt.rub.de
SFB 491:
http://www.ep4.ruhr-uni-bochum.de/sfb/
Redaktion: Jens Wylkop