Optische Chips reduzieren Internet-Energieverbrauch

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Wirtschaft und Informationsgesellschaft sind auf die schnelle Internet-Kommunikation angewiesen. Zwar rasen die Daten bereits als Licht codiert durch Glasfasern, doch verarbeitet werden sie elektronisch. Diese Übersetzungsarbeit an der Nahtstelle kostet Zeit und teure Energie. Das von Forschern des Karlsruher Institut für Technologie (KIT)koordinierte Projekt SOFI zielt deshalb darauf ab, die Optik auf der gleichen Art von Chips zu integrieren, wie sie seit langem in der Halbleiterindustrie verwendet wird.

Das EU-Projekt verfolgt einen ebenso pragmatischen wie ambitionierten Ansatz: “Wir übernehmen das mit dem teuren Lithiumniobat funktionierende Prinzip und übertragen es auf das kostengünstige Silizium”, erläutert Leuthold. “Silizium hat einen hohen Brechungsindex und es lassen sich Wellenleiter in feineren Strukturen herstellen – das Bauelement ist also deutlich kleiner.” Und es verbraucht sehr wenig Energie, denn werden die Elektronen sehr nahe an den Wellenleiter herangebracht, so lassen sie sich mit sehr geringer Spannung steuern – das elektronische Signal braucht keine Verstärkung mehr. Mit einem einzigen Modulator aus Silizium soll so eine Bandbreite von 100 Gigahertz erreicht werden. Um die Übertragungsrate weiter zu steigern, werden mehrere der Modulatoren nach einem komplizierten Schema gleichzeitig verschaltet.

Die Funktionsfähigkeit des Konzepts wird in harter Ingenieursarbeit bewiesen. So sind für Chips, die auch Licht leiten, spezielle Wafer aus Silizium mit einer Oxidschicht erforderlich. Und es müssen verschiedene organische Materialien auf ihre Tauglichkeit hin untersucht werden. Die Strukturierung der Chips übernimmt das belgische Institut IMEC, das auch für Unternehmen Kleinserien produziert. Wegen ihrer Erfolg versprechenden Materialien sind Rainbow Photonics, CUDOS und GigOptix-Helix mit im Boot. Die italienische Gruppe Sistemi Integrati vertritt die Anwenderseite und das griechische Forschungslabor AIT denkt die Einsatzfelder vor. “Die EU gibt nur Geld für Forschung mit einem bleibenden Effekt aus”, stellt Projektkoordinator Leuthold klar. “Das AIT entwirft deshalb Szenarien, wie Bauelemente mit welchen Eigenschaften zu kombinieren und welche Spezifikationen dafür einzuhalten sind.”

Neben der Administration verantwortet das IPQ auch das Design der Wellenleiter, also die Formgebung und die kritische Verschaltung der einzelnen Modulatoren. Zudem werden im Forschungsprozess entstehende Bauelemente gemessen und bewertet. Auch die Endabnahme findet in Karlsruhe statt: Im Systemlabor des IPQ werden die Chips unter Praxisbedingungen getestet – und damit in die Weltrekordjagd um Übertragungsgeschwindigkeiten geschickt.

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