Höhere Kapazität für Glasfasernetze
Detektor für infrarote Strahlung erweitert Spektrum datentragender Lichtsignale zu größeren Wellenlängen.
Lichtsignale leiten täglich Milliarden Gigabytes durch Glasfasernetze rund um den Globus. Mit Cloud Computing und Videostreaming wächst der Datentransfer so rasch, dass die Infrastruktur des Internets stetig ausgebaut werden muss. Diese Aufgabe wollen nun kanadische Wissenschaftler mit einem neuen Lichtdetektor erleichtern. Dank ihrer Entwicklung könnte das Spektrum für die datentragenden Lichtpulse zu größeren Wellenlängen erweitert werden, um die Kapazität der Glasfasernetze deutlich zu erhöhen.
Abb.: Mit dieser Photodiode auf Siliziumbasis können größere Wellenlängen von bis zu 2000 Nanometern für den Datentransport durch Glasfaserkabel genutzt werden. (Bild: J. J. Ackert et al. / NPG)
Bislang tragen Lichtwellen im nahen Infrarotbereich mit Wellenlängen zwischen 1300 und 1550 Nanometern die digitalen Daten. Mit dem neuen Lichtsensor ließe sich der nutzbare Wellenlängenbereich fast bis auf 2000 Nanometer ausdehnen. Jason Ackert und seine Kollegen von der McMaster University in Hamilton fertigten dazu eine Photodiode auf Siliziumbasis. Über ein herkömmliches Lithografie-Verfahren schufen sie eine 130 Nanometer dünne Struktur, die sie mit einem Wellenleiter koppelten. Den Halbleiter versetzten sie mit Bor- und Phosphoratomen, um eine p-i-n-Verknüpfung zu erhalten.
Auf ihre Photodiode lenkten die Wissenschaftler Laserpulse mit einer Wellenlänge von 1960 Nanometern und zehn Milliwatt Leistung. Über einen Modulator prägten sie auf die Lichtpulse Datensignale auf, die einer Datenrate von bis zu 40 Gigabit pro Sekunde entsprachen. Diese Lichtpulse wandelte die Photodiode ähnlich wie eine Solarzelle in Elektron-Loch-Paare um. Für nutzbare elektrische Signale konnte dabei eine Datenrate von 20 Gigabit pro Sekunde erreicht werden. Diese Signale ließen sich über hauchdünne Elektroden aus Aluminium abgreifen.
Die neue Photodiode bildet nach bereits verfügbaren Lichtquellen, Wellenleitern, Splittern und Multiplex-Modulen den noch fehlenden Baustein, um Infrarotlicht mit 2000 Nanometer Wellenlänge für einen digitalen Datentransport nutzen zu können. Da er auf der Basis von Silizium gefertigt wurde, könnte er mit etablierten Verfahren günstig produziert und mit optoelektronischen Komponenten verknüpft werden. Ackert und seine Kollegen halten es sogar für möglich, mit en Photodioden den Wellenlängenbereich noch bis auf 2500 Nanometer zu erweitern.
Jan Oliver Löfken
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