Physiker der TU Berlin entwickeln effizientesten Laser für die Datenübertragung
Neue Oberflächenemitter verbinden einen extrem niedrigen Energieverbrauch mit einer höheren Datenrate und einer optischen Übertragungsdistanz von mindestens einem Kilometer.
Liegt der Energieverbrauch der gegenwärtig kommerziell erhältlichen effizientesten Laser bei 1000 Femtojoule pro Bit bei einer Übertragungsrate von 10 Gigabit pro Sekunde, weisen die innovativen Laserdioden aus der TU Berlin dagegen einen Energieverbrauch von 100 Femtojoule pro Bit auf bei einer Datenrate von 25 Gigabit pro Sekunde. Damit sind die Oberflächenemitter im Energieverbrauch zehnmal effizienter als die effizientesten kommerziellen Laser, und sie bieten gleichzeitig eine mehr als doppelt so hohe Bandbreite.
Abb.: Draufsicht eines hocheffizienten Oberflächenemitters (VCSEL) mit aufgesetzter Glasfaser zur Einkopplung des optischen Signals (Bild: AG Bimberg, Philip Wolf, TUB)
Die Lichtquelle aus der Arbeitsgruppe um Dieter Bimberg vom Institut für Festkörperphysik bricht noch einen weiteren Rekord, nämlich den der Übertragungsdistanz. Bisher lassen sich Oberflächenemitter für die optische Datenübertragung über Multimode-Glasfasern für Strecken von maximal 300 Metern und nur bis 10 Gigabit pro Sekunde einsetzen, die Nwuentwicklung schafft dagegen 1000 Meter. Zudem haben die TU-Wissenschaftler bewiesen, dass die künftig erforderlichen extrem hohen Effizienzanforderungen erreicht werden können, ohne neuartige, aufwendige und damit teure Bauelementtechnologien zu erfordern.
Die Anwendung von Lasern in der optischen Datenübertragung gilt als derzeit einzige Lösung für den rapide steigenden Datenverkehr und den damit verbundenen steigenden Energieverbrauch. Allein die im Internet übertragene Datenmenge wächst jährlich um 50 bis 60 Prozent. Optische Nachrichtentechnik ist wesentlich energieeffizienter als die zum großen Teil im Teilnehmerbereich oder bei der Computertechnik noch heute verwendeten und auf Kupferkabeln basierten Verbindungen. Oberflächenemitter – Halbleiterlaser mit Vertikalresonator (VCSEL) –, sind klein, leistungsstark, effizient im Energieverbrauch und äußerst günstig in der Herstellung.
Oberflächenemittierende Laser punkten auch bei der Wärmeentwicklung: Das Team um Bimberg hat eine Technologie entwickelt, die es ermöglicht, sie noch bei Temperaturen von 155 Grad Celsius zu betreiben und zur Datenübertragung zu nutzen, ohne sie kühlen zu müssen. Das spart fünf Prozent an Energie pro ungekühltem Grad Celsius.
Ein Start-up der TU Berlin, die Firma VI Systems, vermarktet die neuen Laserdioden.
TUB / OD
Weitere Infos:
Institut für Festkörperphysik - AG Bimberg, TU Berlin
www.ifkp.tu-berlin.de/menue/arbeitsgruppen/ag_bimberg/
