Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuartige Kommunikationslaser auf Siliziumbasis sollen Datenflut in Rechenzentren bewältigen

25.02.2015

Ein Forschungsteam der Universität Kassel entwickelt einen neuartigen Quantenpunkt-Laser mit. Er soll preiswerter als herkömmliche Halbleiter-Laser sein, viermal mehr Daten als bisher möglich übertragen, in Rechenzentren Energiekosten sparen und längere Übertragungsdistanzen erreichen.

Im Rahmen des mit 3,3 Millionen Euro von der EU geförderten und auf drei Jahre angelegten Verbund-Forschungsprojekts Sequoia wird das Team unter Leitung von Prof. Dr. Johann Peter Reithmaier vom Fachgebiet Technische Physik der Universität Kassel bis Ende 2016 mit Partnern aus Frankreich und Dänemark zwei Demonstratoren bauen, die eine Datenmenge von bis zu 400 Gigabit pro Sekunde in einer einzigen Glasfaser übertragen und Lichtwellen – das Datentransportmedium – in größerer Bandbreite und exakter modulieren können. 590.000 Euro fließen für diese Forschung nach Kassel.


Wafer in einem Waferhalter.

Foto: Uni Kassel

Derzeit bewältigen die für den Datentransport in Rechenzentren eingesetzten Übertragungssysteme maximal 100 Gigabit pro Sekunde pro Glasfaser. Dieses Tempo hält mit der rasant wachsenden Datenflut im Internet nicht mit, und das erhöht die Kosten erheblich: Internetdienstleister schalten in ihren Rechenzentren viele Tausend Server mit riesigen Kabelsträngen in so genannten Racks zusammen, die so groß wie Fußballfelder sein können. Die an den Datenpunkten eingesetzte Elektronik (inklusive der Laser) benötigt viel elektrischen Strom.

„Ein Rechenzentrum kann in Zukunft so viel verbrauchen wie ein halbes Atomkraftwerk“, sagt Prof. Reithmaier. Außerdem erzeugen diese Laser viel Wärme. Das System muss aufwendig gekühlt werden. Energiesparende Innovationen sind deshalb unabdingbar, um das Wachstum von Internetanwendungen nicht zu begrenzen.

Die Kasseler Forscher optimieren im Rahmen des Projekts nanotechnisch die Architektur der Halbleiterlaser, reduzieren ihren Energiebedarf sowie ihre Wärmeabstrahlung und ersetzen die sehr teuren Halbleitermaterialien wie beispielsweise Indiumphosphit weitgehend durch das vergleichsweise preiswerte Silizium.

Halbleiterlaser funktionieren, indem sie elektrische Energie besonders effizient in Licht umwandeln. Durch die Modulation von Bandbreite, Stärke und Länge der ausgestrahlten Lichtwellen lassen sich Daten in großer Menge übertragen. Diese Modulation wird im Wesentlichen durch eine besondere nanoskopische Struktur aus Halbleitermaterial gesteuert. In diesen sogenannten, nur maximal 20 Nanometer großen, Quantenpunkten werden elektrische Ladungsträger gewissermaßen „gefangen“ und zur Lichtaussendung gezwungen.

„Je mehr Quantenpunkte man erzeugt und je geringer die Größenabweichungen sind, desto größere Übertragungsgeschwindigkeiten und Modulationsbreiten erreicht man. In dem für die Langstreckenübertragung wichtigen Wellenlängenbereich von 1,5 Mikrometern sind wir momentan weltweit führend“, erklärt Prof. Reithmaier. Durch das Stapeln von wenige Nanometer dicken Schichten aus Halbleitermaterial erzielt sein Forscherteam komplexe und homogene Strukturen, die Milliarden unterschiedlich großer Quantenpunkte enthalten, und das auf einem nur wenige Quadratmillimeter großen Chipsatz. Die Verwendung von winzigen Siliziumscheiben, statt eines teureren Halbleitermaterials als Substrat, stellt die Forscher vor besondere Herausforderungen. „Silizium ist optisch tot“, sagt Reithmaier.

Die Forschungsverbund-Partner haben jedoch ein Verfahren entwickelt, bei dem das optisch aktivierbare Halbleitermaterial separat hergestellt wird und hauchdünn mit dem sogenannten „Molecular Bonding“ auf Silicium übertragen werden kann. Die Verbindungsfläche muss völlig glatt sein. Die Unebenheiten müssen weniger als 0.5 Nanometer betragen, wenn das funktionieren soll. „Dieses Bonding müssen wir noch besser in den Griff bekommen“, sagt Reithmaier.

Bild (Foto: Uni Kassel) unter:
http://www.uni-kassel.de/uni/fileadmin/datas/uni/presse/anhaenge/2015/INA_4017b....
Bildunterschrift: Wafer in einem Waferhalter.

Bild von Prof. Dr. Johann Peter Reithmaier (Foto: Uni Kassel) unter:
http://www.uni-kassel.de/uni/fileadmin/datas/uni/presse/anhaenge/2015/Reithmaier...

Kontakt:

Prof. Dr. Johann Peter Reithmaier
Universität Kassel
Institut für Nanostrukturtechnologie und Analytik
Fachgebiet Technische Physik
Tel.: 0561 804-4430
E-Mail: teph-sekretariat@ina.uni-kassel.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-kassel.de/uni/nc/universitaet/nachrichten/article/schneller-und-k...

Sebastian Mense | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Plattformübergreifende Symbiose von intelligenten Objekten im »Internet of Things« (IoT)
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

nachricht Von Fußgängern und Fahrzeugen: Uni Ulm und DLR sammeln gemeinsam Daten für das automatisierte Fahren
09.12.2016 | Universität Ulm

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie