Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weltweit kleinster Hochgeschwindigkeit-Modulator entwickelt

22.11.2012
Energieeffizienter Baustein für die Datenübertragung der Zukunft wird zur Marktreife geführt

Einem Team aus der TU Berlin ist es in Zusammenarbeit mit dem IHP-Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik aus Frankfurt (Oder) jetzt gelungen, durch ein innovatives Design den bisher weltweit kleinsten Hochgeschwindigkeit-Modulator mit einer Länge von weniger als 10 µm für photonisch-integrierte Schaltkreise zu entwickeln.


Dieser Silicon-on-Insulator (SOI) Chip ist 26×11 Quadratmillimeter klein und hat über 700 verschiedene optische Bauelemente.
© TU Berlin

Bei gleichzeitig hohen Modulationsgeschwindigkeiten von bis zu 25 Gigabaud besitzt er eine sehr hohe Temperaturstabilität und einen äu-ßerst geringen Energieverbrauch von nur 200 Femtojoule/Bit. Modulatoren werden in der Nachrichtentechnik zur Übertragung von Informationen eingesetzt.

Die Bauelemente basieren auf der Technologie der Silizium-Photonik, mit der Forscherinnen und Forscher eine Plattform miniaturisierter integrierter Bauelemente entwickeln und diese zu funktionalen Baugruppen aus komplexen photonischen Schaltkreisen auf einem Chip zusammenfügen. Die Fertigung dieser „optischen“ Chips erfolgt durch das Leibniz-Institut, mit dem die TU Berlin eine langjährige Kooperation verbindet; insbesondere im Rahmen des Joint Lab „Silicon Photonics“.

Die Bewältigung des weltweit stark zunehmenden Datenverkehrs stellt für unsere Gesellschaft eine zentrale Herausforderung dar. Daher sind neue innovative Hardwarekonzepte nötig, um höhere Übertragungskapazitäten für den steigenden Bedarf an Bandbreite zur Verfügung stellen zu können. Da die „konventionelle“ Kommunikationstechnologie auf Basis von Kupferleitungen an ihre physikalischen Grenzen stößt, werden heute in zunehmendem Maße schnelle, energieeffiziente optische Übertragungssysteme eingesetzt. Für die Mittel- bis Langstreckenkommunikation (>2 km) mit hohen Datenkapazitäten, zum Beispiel bei Internet Backbones, werden bereits heute ausschließlich optische Faser-basierte Systeme verwendet. Zudem dringen optische Systeme auch immer mehr in die Kurzstrecken-Bereiche ein, wie man sie bei der Datenzentren- und Computerperipherie-Kommunikation vorfindet.
Es sind jedoch extrem kostengünstige Lösungen zur Etablierung optischer Systeme in diesen Massenmärkten erforderlich, die aufgrund der hohen Komplexität und aufwändigen Fertigungstechnik heutiger optischer Übertragungstechnologien nicht realisierbar sind. Der aussichtsreichste Lösungsansatz dieses Problems liegt in der Entwicklung einer neuartigen hochintegrierten Hardware auf Basis der Silizium-Photonik, welche in den vergangenen Jahren enorme technologische Fortschritte gemacht und weltweit stark an Bedeutung gewonnen hat.

Silizium, das Basismaterial der Informationstechnologie, ist für Laserlicht im infraroten Spektralbereich transparent. Dieses Licht kann in sogenannten Nano-Wellenleitern, ähnlich wie elektrischer Strom in Metalldrähten, auf engem Raum geführt und um Kurven mit Radien von 5 µm geleitet werden. Mit Hilfe elektro-optischer Effekte kann nun das in Silizium geführte Licht manipuliert werden, so durch An- und Ausschalten, Verstärkung oder durch Filter- und Steuerungsfunktionen. Weiterhin ist es möglich, sowohl die photonischen als auch die mikroelektronischen Funktionen gemeinsam auf einem einzigen Chip auf engstem Raum zu integrieren. Die Herstellung dieser Chips erfolgt dabei mit der für die elektronischen Schaltkreise optimierten und etablierten Produktionslinien (CMOS). Sowohl bei der Chip-Herstellung als auch beim Packaging kann dabei auf das umfangreiche Know-how aus der hochentwickelten Mikroelektronik zurückgegriffen werden. In Analogie zur Halbleitertechnologie können auf diese Weise komplexe Module in großen Volumina bei gleichzeitig niedrigen Stückkosten hergestellt werden.

Die Herausforderung bleibt jedoch die effiziente Zusammenführung der Basiselemente zu einem leistungsstarken marktfähigen Produkt. Insbesondere die Modulator-Einheit stellt sich dabei als technisch besonders anspruchsvoll dar. Hier gilt es, eine effiziente Kombination aus Laserquelle, elektro-optischem Modulator und Treiberelektronik zu entwickeln. Bisher konnte für dieses Modul keine optimale Lösung aufgezeigt werden, welche gleichzeitig alle Anforderungen an die Schaltgeschwindigkeit, Baugröße, Zuverlässigkeit und den Energieverbrauch für die Implementierung in einen optischen Transceiver, der als Schnittstelle zwischen optischer und elektrischer Übertragungsstrecke fungiert, erfüllt.

In einer Kooperation zwischen dem Institut für Optik und Atomare Physik der TU Berlin und dem Leibniz-Institut IHP konnte nun mit dem Hochgeschwindigkeit-Modulator eine neuartige Lösung entwickelt werden.

Als Kernstück besitzt das Modulator-Design einen optischen 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 erst möglich durch die gezielte Verknüpfung der elektrischen und optischen Eigenschaften des Modulators.
Die Prozessentwicklung und Fertigung dieser Chips mit den integrierten elektro-optischen Modulatoren erfolgt durch das IHP, das mit seiner Prozesslinie sich in einzigartiger Weise für die Herstellung sowohl optisch-integrierter Bauelemente und Strukturen als auch extrem schneller elektronischer Schaltkreise eignet.

In dem seit September diesen Jahres vom Bundesforschungsministerium mit insgesamt 1,6 Millionen Euro geförderten Forschungsprojekt „Silimod“ wird das Team um die Physiker Dr. Stefan Meister, Dr. Christoph Theiss und Dr. Hanjo Rhee von der TU Berlin zusammen mit den Wissenschaftlern des Leibniz-Instituts um Dr. Lars Zimmermann dieses innovative Modulator-Bauelement zu einem marktfähigen Demonstrator weiterentwickeln. 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. Dieses Programm soll entscheidend dazu beitragen, das Potenzial neuer Ergebnisse der wissenschaftlichen Forschung für eine nachfolgende wirtschaftliche Verwertung auszuschöpfen und damit die Voraussetzung für eine erfolgreiche Weiterentwicklung zu innovativen Produkten zu schaffen. Bei erfolgreicher Validierung wird ein zentrales Bauelement für Photonisch-Integrierte-Schaltkreise zur Verfügung stehen, mit denen sich die Netzwerke der nächsten Generation realisieren lassen.

Fotomaterial zum Download
www.tu-berlin.de/?id=127759

Weitere Informationen erteilen Ihnen gern:
Prof. Dr. Ulrike Woggon, TU Berlin, Institut für Optik und Atomare Physik, AG Nichtlineare Optik und Laserphysik, Tel.: 030 / 314-21699, E-Mail:
ulrike.woggon@tu-berlin.de, Internet: www.tu-berlin.de/?id=110275

Dr. Stefan Meister, TU Berlin, Institut für Optik und Atomare Physik, AG Nichtlineare Optik und Laserphysik, Tel.: 030 / 314-26227, E-Mail: smeister@physik.tu-berlin.de

Dr. Lars Zimmermann, IHP Frankfurt (Oder), AG Si Photonics, Tel.: 0335 / 5625 407, E-Mail: lzimmermann@ihp-microelectronics.com, Internet:

www.ihp-microelectronics.com/

Stefanie Terp | idw
Weitere Informationen:
http://www.ihp-microelectronics.com/
http://www.tu-berlin.de/?id=110275

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Volle Konzentration am Steuer
25.11.2016 | Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund

nachricht Warum Reibung von der Zahl der Schichten abhängt
24.11.2016 | 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: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden «Krebssignatur» in Proteinen

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Wichtiger Prozess für Wolkenbildung aus Gasen entschlüsselt

05.12.2016 | Geowissenschaften

Frühwarnsignale für Seen halten nicht, was sie versprechen

05.12.2016 | Ökologie Umwelt- Naturschutz