Gold-Modulator revolutioniert Datenübertragung

Mikromodulator unter Elektronenmikroskop. Bild: Haffner et al. Nature Photonics

Forscher der ETH Zürich haben einen Mikromodulator aus Gold zur schnellen Übertragung großer Datenmengen über Glasfaserkabel entwickelt, der hundert Mal kleiner ist als handelsübliche Modelle und sich daher leicht in elektronische Schaltkreise integrieren lässt. Die Neuentwicklung ist zudem auch deutlich billiger und schneller als herkömmliche Modelle und verbraucht massiv weniger Energie.

Die Schweizer Forscher haben einen Lichtstrahl, dessen Stärke elektrisch moduliert werden soll, auf ein sehr kleines Volumen konzentriert. Nach den Gesetzen der Optik kann ein solches Volumen aber nicht kleiner sein als die Wellenlänge des Lichts selbst. Für die Telekommunikation benutzt man heute Laserlicht mit einer Wellenlänge von eineinhalb Mikrometern, die somit eine Untergrenze für die Dimensionen des Modulators darstellt.

Um diese Grenze zu unterschreiten, wird das Licht zunächst in sogenannte Oberflächen-Plasmon-Polaritonen umgewandelt. Diese Zwitterwesen aus elektromagnetischen Feldern und Elektronen bewegen sich nahe der Oberfläche eines Metallstreifens fort. Am Ende des Metallstreifens wird aus ihnen wieder ein Lichtstrahl. Der Vorteil: Plasmon-Polaritonen lassen sich auf viel kleinerem Raum konzentrieren als das Licht, aus dem sie entstanden sind.

150 Nanometer dicke Goldschicht

Um die Stärke des Lichts zu steuern und so die zur Datenübertragung nötigen Pulse zu erzeugen, wurde das Prinzip des Interferometers genutzt. Im neuen Modulator sind es allerdings nicht Lichtstrahlen, sondern Plasmon-Polaritonen, die durch einen weniger als einen Mikrometer breiten Interferometer geschickt werden. Durch Anlegen einer Spannung kann die Brechzahl und damit die Geschwindigkeit der Plasmonen in einem Arm des Interferometers verändert und so ihre Schwingungsweite am Ausgang moduliert werden.

Im nächsten Schritt wurden die Plasmonen wieder in Licht umgewandelt, das zur Übertragung in eine Glasfaser eingespeist wird. "Unser Modulator ist unglaublich klein und einfach und zudem ist er der billigste, der je gebaut wurde", so Juerg Leuthold, Professor für Photonik und Kommunikation an der ETH Zürich. Tatsächlich besteht er aus einer nur 150 Nanometer dicken Goldschicht auf Glas und einem organischen Material, dessen Brechzahl sich beim Anlagen einer elektrischen Spannung ändert und damit die Plasmonen im Interferometer moduliert.

Der Modulator schafft eine Datenübertragungsrate von 70 Gigabit pro Sekunde bei nur wenigen Tausendstel Watt. Dies entspricht einem Hundertstel des Verbauchs handelsüblicher Modelle. So trägt er auch zum Umweltschutz bei, denn die Energie, die für die Datenübertragung aufgewendet wird, ist beträchtlich. "Unser Modulator schafft mehr Kommunikation mit weniger Energie", bringt es der ETH-Professor auf den Punkt. Derzeit wird die Zuverlässigkeit des Modulators in Langzeittests überprüft. Weitere Details sind in "Nature Photonics" nachzulesen.

Quelle: www.pressetext.com/Florian Fügemann