Siliziumchips für optische Computer

Physik Journal – Mit integrierten Hybridlasern erreichen photonische Siliziumchips 50 Gigabit pro Sekunde.

Optische Computer sollen eines Tages konventionelle Mikrochips mit ihren Kupferleitungen ersetzen, denn mit photonischen Bauelementen lassen sich die Nachteile eines metallischen Leiters bei Taktfrequenz, Bandbreite und Übertragungsentfernung überwinden. Für eine Fertigung im industriellen Maßstab ist Silizium als Ausgangsmaterial für das optische Rechnen wünschenswert, da es billig ist und die Industrie damit eine jahrzehntelange Erfahrung hat. Doch um wirtschaftlich zu sein, müssen die Unternehmen und Forschungseinrichtungen einen Weg finden, die Siliziumphotonik als integrierte Technologie aufzubauen. Intel hat nun ein Labormuster vorgestellt, das diesem Ziel sehr nahekommt.

 

Bild: Bei der optischen Verbindung leitet das Sendemodul (links) das Laserlicht vom Siliziumchip in der Mitte der Platine durch einen Lichtleiter zum Empfängermodul (rechts). Dieses detektiert die Signale und wandelt sie in elektrische Impulse um. (Bildquelle:Intel)

Es handelt sich um eine durchgehend optische Verbindung, in welche die Laser integriert sind. Das Bauelement besteht aus einem Sende- und Empfängerchip, die optische (De-)Multiplexer und Laserstrahlquellen beziehungsweise Photodetektoren enthalten. Der Sendechip besteht aus vier DFB-Lasern (Distributed-FeedBack-Lasern), deren Signale über einen optischen Multiplexer in einen Lichtleiter eingespeist werden. DFB-Laser sind Laserdioden, deren aktives Material periodisch strukturiert ist. Dadurch kommt es in ihm zur Interferenz und wellenlängenselektiven Reflexion – die Grundlage für die optische Rückkopplung des Lasers. Bei den Lasern greift das Konzept der Siliziumphotonik allerdings noch nicht vollständig, da sich Silizium bislang nicht zur Emission von nutzbarer Laserstrahlung stimulieren lässt. Deshalb verbinden die Intelforscher eine Indiumphosphidschicht als aktives Material mit dem Silizium-Wafer („bonden“). Die Laser emittieren Wellenlängen um 1310 nm.

Im Empfänger trennt ein optischer Demultiplexer die vier Laserstrahlen wieder, und Photodetektoren wandeln die Photonen in elektrische Impulse um. Das Labormuster erreicht 50 Gigabit pro Sekunde – hundert Stunden digitale Musik wären also innerhalb einer Sekunde übertragbar. Laut Intel lässt sich das Prinzip bis in den Bereich von Terabit pro Sekunde skalieren, indem man die Laser schneller moduliert und weitere parallel betreibt.

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, August/September 2010, S. 18

AH