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Optische Mikrochips Licht statt Kupfer – Neuer Modulator überträgt Daten mit 400 Gbit/s

Von Paula Breukel 1 min Lesedauer

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Karlsruhe Institute of Technology (KIT) Lichttechnisches Institut
EPFL Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) haben einen elektro-optischen Modulator entwickelt, der elektrische Signale direkt in Lichtimpulse umwandelt, mehr als 400 Gigabit pro Sekunde schafft und sich erstmals industriell in großen Stückzahlen fertigen lässt.

Hat Platz auf einer 5-Cent-Münze und soll große Wirkung in Rechenzentren haben: Die beiden Modulatoren von KIT und EPFL übersetzen elektrische Signale mit mehr als 400 Gbit/s in Lichtimpulse.(Bild: Hugo Larocque, EPFL)
Hat Platz auf einer 5-Cent-Münze und soll große Wirkung in Rechenzentren haben: Die beiden Modulatoren von KIT und EPFL übersetzen elektrische Signale mit mehr als 400 Gbit/s in Lichtimpulse.
(Bild: Hugo Larocque, EPFL)

Daten lassen sich als Licht am schnellsten übertragen. Dieses Prinzip ist in Glasfaserkabeln seit Jahrzehnten im Einsatz. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne(EPFL) haben nun ein Bauteil entwickelt, das Licht direkt auf den Chip bringt: einen elektro-optischen Modulator, der elektrische Signale in Lichtimpulse umwandelt. Er arbeitet schnell, stabil und lässt sich erstmals in großen Stückzahlen fertigen. Die Forschungsergebnisse erschienen in „Nature Communications".

Solche Modulatoren gibt es schon länger, das Problem war bisher die Herstellung. Bisherige Bauteile verwendeten Gold als Elektrodenmaterial. Doch die sind teuer und nicht kompatibel mit den Fertigungsverfahren der Chipindustrie. Das KIT-Team setzte stattdessen auf Kupfer: Es leitet elektrische Signale besser, erlaubt glattere Oberflächen und lässt sich mit denselben Verfahren herstellen, die die Halbleiterindustrie seit Jahrzehnten millionenfach einsetzt. Als lichtlenkendes Material im Inneren kommt Lithiumtantalat zum Einsatz. Ein Kristall, der Licht besonders effizient moduliert und stabiler arbeitet als das bisher übliche Lithiumniobat.

Der Modulator überträgt 400 Gigabit pro Sekunde

Im Test überträgt der Modulator Daten mit mehr als 400 Gigabit pro Sekunde. Das entspricht dem gleichzeitigen Versenden von rund 80.000 HD-Videostreams. Entscheidend für den Dauerbetrieb: Das Bauteil läuft stabil, ohne dass Betreiber ständig nachregeln müssen. Genau das zählt im Rechenzentrumsalltag, wo jede Korrektur Zeit und Energie kostet.

„Schnell, sparsam, zuverlässig und industriell massenhaft herstellbar – diese Mischung macht die Technologie attraktiv, besonders für Rechenzentren und KI-Cluster, die schon heute unter Engpässen im Datenaustausch zwischen den Prozessoren leiden", erklärt Professor Christian Koos, Leiter des Instituts für Photonik und Quantenelektronik am KIT.

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