Das Problem: Daten rasen als Licht codiert durch Glasfasern, verarbeitet werden sie jedoch elektronisch. Diese Schnittstelle kostet Zeit und Strom. Das SOFI-Projekt (Silicon-Organic hybrid Fabrication platform for Integrated circuits) soll dieses Problem lösen, indem KIT-Wissenschaftler des Instituts für Photonik und Quantenelektronik (IPQ) Lichtwellenleiter und elektrooptische Modulatoren entwickeln, die sich durch die Verwendung von Silizium preiswert in Masse fertigen lassen und den sonst notwendigen Strom zur Verstärkung elektrischer Signale einsparen. Und durch das blitzschnelle Schalten der Lichtinformationen könnten die Telekommunikationsbetreiber dann auch mehr Daten über eine Glasfaser schicken.
Das unter Leitung von Professor Dr. Jürg Leuthold erarbeitete Design lässt eine Signalverarbeitung erwarten, "die mit über 100 Gigabit pro Sekunde die doppelte Übertragungsrate heutiger, vergleichbarer Technologien besitzt, bei einem Energieaufwand von nur fünf Femtojoule pro Bit". Dies ist rund ein Tausend Mal weniger Energie als in heutigen Systemen aufgewendet werden muss. Die damit verbesserte Energieeffizienz hilft, den Anteil des Kohlendioxid-Ausstoßes der Informations- und Kommunikationsindustrie zu reduzieren. Dies wird immer wichtiger, da nach einer Fraunhofer-Studie Produktion und Nutzung von ITK in Deutschland immer mehr Strom verbrauchen wird.
"Um Daten auf ein Lichtsignal zu packen, könnte man einfach eine Laserdiode an- und ausschalten, was aber nicht die schnellste Möglichkeit darstellt", erklärt Dietmar Korn, ein Mitarbeiter von Professor Leuthold. "Um schneller zu sein, modulieren wir die Phase des Lichts." Der Trick: fließt Licht durch bestimmte Kristalle und es wird ein elektrisches Feld angelegt, so ändert sich der Brechungsindex des Materials - die Geschwindigkeit des Lichts lässt sich manipulieren und damit seine Phase modulieren. Den optischen Chips öffnet sich auch jenseits der Telekommunikation eine Perspektive: Statt die riesigen Rechnerkomplexe der Wirtschaftsunternehmen und Supercomputer-Betreiber mit Kupferkabeln zu verknüpfen, bietet sich hier die Optoelektronik als energiesparsamere Alternative an. Drei Gründe nennt Professor Leuthold, weshalb SOFI beim Design und der Implementierung ultraschneller und energieeffizienter Modulatoren erfolgreich sein wird: "Erstens sind wir hoch motiviert, weil wir uns der Wichtigkeit der Arbeit bewusst sind. Zweitens profitiert das Projekt von jahrelanger Vorarbeit. Und drittens zieht das Konsortium die für einen Durchbruch erforderliche kritische Masse an Expertise zusammen."
Quelle: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
