Morsen im Pikosekundentakt

Wer mit hoher Geschwindigkeit Daten durchs Internet schicken will, braucht eine zuverlässige Lichtquelle für die optischen Pulse. Physiker vom Heinrich-Hertz-Institut (HHI) in Berlin haben auf der Hannover-Messe einen Pikosekunden-Laser auf einem integrierten Chip vorgestellt, der sich als Sender für das 40-Gbit/s-Netz von morgen und das 80- bis 160-Gbit/s-Netz von übermorgen eignet.

Das Herz des neuen Pikosekunden-Lasers ist eine Schichtstruktur aus dem Halbleiter GaInAsP auf einem InP-Kristall. Diese Verbindung ist in der Telekommunikation weit verbreitet, weil sie infrarotes Licht bei 1,5 μm emittiert und damit für die Glasfaserübertragung optimal geeignet ist.

Nur 2 ps kurze Pulse liefert dieser integrierte Halbleiterlaser. (Quelle: HHI)

Die Berliner Forscher teilten die ca. einen Millimeter langen, in Eigenregie hergestellten Heterostrukturen in zwei Abschnitte. Im ersten Abschnitt findet die eigentliche Lichtverstärkung statt: Elektronen und Löcher werden durch eine angelegte Spannung in die Schicht injiziert. Sie rekombinieren unter Aussendung jeweils eines Photons. Im zweiten Abschnitt kann der Kristall aufgeheizt werden, um die Resonatorlänge und dadurch die Wellenlänge des Lichts einzustellen.

Damit der Laser nicht kontinuierlich, sondern in Pulsen emittiert, befindet sich am Ende des Resonators einen Licht-Absorber, der erst bei hohen Intensitäten ausbleicht und den Weg zum Endspiegel frei gibt. Auf diese Weise sendet der Laser periodisch 2 ps kurze Pulse aus. Helmut Heidrich und seine Kollegen sind vor allem auf das präzise Timing stolz. Mit Schwankungen unter 300 fs sind die Pulse im Frequenzraum wie festgenagelt – eine wichtige Voraussetzung für die Datenübertragung.

Für das Senden einzelner Bits lassen sich die Pulse durch einen Modulator an- oder ausschalten. Erste Prototypen des Lasers werden derzeit getestet. Auf die „sichtbaren“ Komponenten haben die Forscher ein Patent angemeldet, nicht jedoch auf die Chemie. Dass diese geklaut wird, fürchten sie nicht: „Wenn man weiß, wie ein Cocktail schmeckt, weiß man noch lange nicht, was drin ist,“ sagt Projektleiter Wolfgang Schlaak.

Max Rauner

Quelle: Physik Journal, Juni 2003, S. 14