Forscher der
ETH haben gefunden, wonach seit 20 Jahren gesucht wird. Nämlich eine Methode, Licht und Elektronik auf einem superschnellen Chip zu vereinen. Im Rahmen europäischer Horizon 2020-Forschungsprojekte haben sie im Labor einen Chip hergestellt, auf dem sich elektronische Signale direkt in Lichtsignale umwandeln lassen, und zwar so, dass dabei praktisch keine Signalqualität verloren geht. Bedeutsam ist dieser Durchbruch für die Leistungsfähigkeit optischer Kommunikationsinfrastrukturen, die Daten mit Licht übertragen. Dazu gehören zum Beispiel Glasfasernetze.
Die heute in optischen Glasfasernetzen verfügbaren maximal 100 Gigabits pro Leitung und Wellenlänge werden nicht mehr lange reichen, um die steigende Nachfrage zu decken, besonders aufgrund von Online-Diensten für Streaming, Speicherung und Rechenleistung sowie das Aufkommen von künstlicher Intelligenz und 5G-Netzwerken.
"Um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden, brauchen wir neue Lösungsansätze",
so Jürg Leuthold, ETH-Professor für Photonik und Kommunikation. "Der Schlüssel zu diesem Paradigmenwechsel liegt in der Zusammenführung von elektronischen und photonischen Bauelementen auf einem einzigen Chip."
Die Photonik untersucht optische Technologien zur Übertragung, Speicherung und Verarbeitung von Information. Genau diese Zusammenführung haben die ETH-Forschenden nun geschafft. Die Crux bisher war, dass die Photonik-Chips viel grösser sind als die elektronischen. Das habe die Zusammenführung auf einem einzigen Chip verhindert, sagt Leuthold. Die Grösse der photonischen Bauelemente verunmöglicht es, dass man sie mit der heute in der Elektronik vorherrschenden Metall-Oxid-Halbleiter-Technologie (CMOS) zusammenschliessen kann. Gelöst hat das ETH-Team dies, indem es Photonik durch Plasmonik ersetzte. Mit der Plasmonik lassen sich Lichtwellen in Strukturen zwängen, die viel kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts.
Das hat mehrere Vorteile: Die Elektronik- und Photonik-Chips getrennt herzustellen, ist zum einen kostspielig. Zum andern mindert es die Leistung bei der Umwandlung der elektronischen Signale in Lichtsignale und begrenzt somit die Übertragungsgeschwindigkeit in lichtleitenden Kommunikationsnetzen, erklärt Ueli Koch, Postdoktorand in Leutholds Gruppe und Hauptautor der Studie, die in der Zeitschrift Nature Electronics erschienen ist. Im Experiment hat sich der Plasmonik-Chip bewährt. Es liess sich zeigen, dass man diese Technologien zu einem der schnellsten kompakten Chips zusammenbauen könne: "Wir sind überzeugt, dass diese Lösung in Zukunft eine schnellere Datenübertragung in optischen Kommunikationsnetzen ermöglichen kann."
(swe)
