Spin-Laser auf der Überholspur
Neues Konzept ultraschneller Laser für die Datenübertragung im Internet von morgen.
Abb.: Relaxationsoszillationen (a) bestimmen die maximal erreichbare Geschwindigkeit in konventionellen Halbleiterlasern. Die Verwendung von Elektronen mit ausgewähltem Spin erzeugt Oszillationen in der Polarisation des Lichtfeldes, die viel schneller sein können (b). Da die Oszillationsdauer einfach über den Strom eingestellt werden kann (c) sind solche Spin-Laser perfekt für die optische Datenübertragung geeignet. (Bild: Gerhardt et al.)
Forschern der Ruhr-Universität Bochum entwickelten ein neues Konzept für ultraschnelle Halbleiterlaser. Sie nutzen dabei den Elektronen-Spin geschickt aus, um die bisherigen Barrieren für die Geschwindigkeit erfolgreich zu durchbrechen. Spin-Laser haben das Potenzial, zukünftig Modulationsfrequenzen von deutlich mehr als 100 GHz zu erreichen. Das ist ein entscheidender Schritt zur Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung für das Internet von morgen.
Die optische Datenübertragung durch Halbleiterlaser ist eine Grundvoraussetzung für die global vernetzte Welt und die heutige Informationsgesellschaft. Der immer größere Vernetzungsgrad und der Wunsch, größere Datenmengen austauschen zu können, bilden die Triebfeder für die Entwicklung immer schnellerer optischer Datenübertragungssysteme. Die maximale Geschwindigkeit herkömmlicher Halbleiterlaser war dabei lange ein begrenzender Faktor – typische Modulationsfrequenzen liegen derzeit bei Werten deutlich unter 50 GHz.
Mit ihren Spin-Lasern konnten die Bochumer die bisherigen Grenzen für die Modulationsgeschwindigkeit überwinden. Während in konventionellen Lasern die Eigendrehrichtung der injizierten Elektronen völlig willkürlich ist, verwenden Spin-Laser nur Elektronen mit vorher festgelegtem Spinzustand. Diese zwingen den Laser, auf zwei Lasermoden unterschiedlicher Frequenz gleichzeitig zu arbeiten. Dieser Frequenzunterschied lässt sich leicht durch Doppelbrechung im Resonator einstellen, etwa durch einfaches Verbiegen des Mikrolasers. Durch die Kopplung der beiden Lasermoden im Mikroresonator entsteht eine Schwingung mit neuer Frequenz, die theoretisch weit mehr als 100 GHz erreichen kann.
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