Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nature: kompakte, optische Datenübertragung

28.07.2015

Um Daten schneller und energieeffizienter zwischen elektronischen Chips auszutauschen, sind kompakte optische Übertragungsmöglichkeiten von großem Interesse. Ein Bauteil dazu ist der Mach-Zehnder-Modulator (MZM), der elektronische in optische Signale konvertieren kann. Forscher des KIT und der ETH haben nun einen plasmonischen MZM mit nur 12,5 Mikrometern Länge entwickelt, der digitale elektrische in optische Signale mit einer Rate von bis zu 108 Gigabit pro Sekunde konvertiert, und diesen im Fachmagazin Nature Photonics vorgestellt.
(DOI 10.1038/nphoton.2015.127)

„Gerade bei der Übertragung von Daten zwischen Computerchips bieten optische Technologien ein enormes Potential“, erklärt Manfred Kohl vom KIT. In dem von ihm geleiteten EU-Projekt NAVOLCHI, Nano Scale Disruptive Silicon-Plasmonic Platform for Chip-to-Chip Interconnection, wurde der plasmonische Modulator (ein elektrooptischer Wandler) entwickelt, der dem aktuellen MZM zugrunde liegt. „Kompakte, optische Sende- und Empfangseinheiten könnten die Geschwindigkeitsgrenzen heutiger Elektronik durchbrechen und helfen die Engpässe in den Datenzentren abzuschaffen.“


Mit sogenannten Eye-Diagrammen wird die Qualität der elektro-optischen Modulatoren geprüft.

Bild: (C. Haffner/ETH)

In der aktuellen Veröffentlichung wird ein MZM vorgestellt, der nur 12,5 Mikrometer lang ist, also etwa ein Zehntel der Dicke eines Haares. Er besteht aus zwei Armen, in denen sich je ein elektro-optischer Modulator befindet. Jeder Modulator besteht aus einem Metall-Isolator-Metall-Wellenleiter mit einem rund 80 Nanometer breiten mit elektro-optischem Kunststoff gefüllten Spalt und Gold-Seitenwänden, die zugleich als Elektroden funktionieren.

An den Elektroden liegt eine Spannung an, die im Takt der digitalen Daten moduliert wird. Der elektro-optische Kunststoff ändert seinen Brechungsindex in Abhängigkeit von der Spannung. Wellenleiter und Koppler aus Silizium führen die beiden Anteile eines aufgespaltenen Lichtstrahls zu den Spalten oder davon weg.

Die Lichtstrahlen der Wellenleiter regen im jeweiligen Spalt elektromagnetische Oberflächenwellen, sogenannte Oberflächen-Plasmonen an. Durch die am Kunststoff anliegende Spannung werden die Oberflächenwellen moduliert. Die Modulation erfolgt in beiden Spalten unterschiedlich aber kohärent, da dieselbe Spannung mit unterschiedlicher Polung angelegt wird. Nach Durchlaufen der Spalte treten die Oberflächenwellen zunächst als modulierte Lichtstrahlen in die Ausgangs-Lichtwellenleiter ein und werden danach überlagert. Als Ergebnis erhält man einen Lichtstrahl in dessen Stärke (Amplitude) die digitale Information codiert wurde.

Im Experiment arbeitet der MZM zuverlässig im gesamten Spektralbereich der Breitband-Glasfaser-Netzwerke von 1500 – 1600 Nanometer bei einer elektrischen Bandbreite von 70 Gigahertz mit Datenströmen von bis zu 108 Gigabit pro Sekunde. Die hohe Modulationstiefe folgt aus der hohen Fertigungsgenauigkeit der Silizium-Technologie. Der MZM lässt sich mit weitverbreiteten CMOS-Verfahren aus der Mikroelektronik herstellen und damit leicht in aktuelle Chiparchitekturen integrieren.

Derzeit werden in Deutschland rund 10 Prozent des Stromes durch Informations- und Kommunikationstechnologien verbraucht, etwa durch Computer und Smartphones beim Nutzer, aber auch durch die Server in großen Rechenzentren. Da der Datenverkehr exponentiell anwächst, bedarf es neuer Ansätze, die den Durchsatz steigern und gleichzeitig den Energieverbrauch dämpfen. Plasmonische Bauteile könnten hier einen entscheidenden Beitrag liefern.

Ziel des EU-Projekts NAVOLCHI ist es, die Interaktion von Licht und Elektronen in Metalloberflächen auszunutzen, um neuartige Bauteile für die optische Datenübertragung zwischen Chips zu entwickeln. Das Projekt wird im siebten Forschungs-Rahmenprogram der EU gefördert und verfügt über ein Budget von 3,4 Millionen Euro.

Weitere Informationen zum Projekt NAVOLCHI: http://www.imt.kit.edu/projects/navolchi

Pressemeldung zum elektro-optischen Wandler: http://www.kit.edu/kit/pi_2014_14701.php

All-plasmonic Mach-Zehnder modulator enabling optical high-speed communication at the microscale, C. Haffner et al., nature photonics AOP, DOI 10.1038/nphoton.2015.127
http://www.nature.com/nphoton/index.html

Weiterer Kontakt:
Kosta Schinarakis, PKM – Themenscout, Tel.: +49 721 608 41956, Fax: +49 721 608 43658, E-Mail: schinarakis@kit.edu

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) vereint als selbständige Körperschaft des öffentlichen Rechts die Aufgaben einer Universität des Landes Baden-Württemberg und eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft. Seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation verbindet das KIT zu einer Mission. Mit rund 9 400 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 24 500 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas.

Diese Presseinformation ist im Internet abrufbar unter: http://www.kit.edu

Weitere Informationen:

http://www.imt.kit.edu/projects/navolchi
http://www.kit.edu/kit/pi_2014_14701.php
http://www.nature.com/nphoton/index.html

Monika Landgraf | Karlsruher Institut für Technologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Cybersicherheit für die Bahn von morgen
24.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT

nachricht Schutz vor Angriffen dank flexibler Programmierung
22.03.2017 | FZI Forschungszentrum Informatik am Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise