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 Maschinelles Lernen: Neue Methode ermöglicht genaue Extrapolation
13.07.2018 | Institute of Science and Technology Austria

nachricht Gegen das Verblassen historischer Dokumente
11.07.2018 | Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Pflanzenmütter kommunizieren mit ihren Embryonen über das Hormon Auxin

17.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Ein Haus wird zum Internetstar

17.07.2018 | Architektur Bauwesen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics