Optische Chips - SOFI soll Karlsruher Konzept umsetzen

Siliziumchips für optische Datenübertragungen mit 100 GBit/s

Das europäische Forschungsprojekt SOFI (Silicon-Organic hybrid Fabrication platform for Integrated circuits) will die Anbindung optischer Technologien an herkömmliche Siliziumchips verbessern und so Datenübertragungen mit 100 GBit/s ermöglichen.

Koordiniert wird das von sieben Partnern betriebene Projekt SOFI von Wissenschaftlern des KIT (Karlsruher Institut für Technologie). Die EU fördert es mit insgesamt 2,5 Millionen Euro. Die Wissenschaftler arbeiten dabei an Lichtwellenleitern und elektrooptischen Modulatoren, die sich durch die Verwendung von Silizium preiswert in Masse fertigen lassen. Dank der bei Siliziumwellenleitern möglichen Miniaturisierung soll bei der sonst notwendigen Verstärkung von elektrischen Signalen Energie gespart werden.

Das vom Institut für Photonik und Quantenelektronik (IPQ) des KIT erarbeitete Design soll eine Signalverarbeitungsgeschwindigkeit von 100 GBit/s bei einem Energieaufwand von 5 Femtojoule pro Bit erlauben.

"Um Daten auf ein Lichtsignal zu packen, könnte man einfach eine Laserdiode an- und ausschalten, was aber nicht die schnellste Möglichkeit darstellt", erklärt Dietmar Korn, ein Mitarbeiter von Professor Leuthold. "Um schneller zu sein, modulieren wir die Phase des Lichts." Denn, fließt Licht durch bestimmte Kristalle und wird ein elektrisches Feld angelegt, so ändert sich der Brechungsindex des Materials, so dass sich die Geschwindigkeit des Lichts manipulieren und damit seine Phase modulieren lässt.

Siliziumchips für optische Datenübertragungen mit 100 GBit/s

Die Forscher nutzen dabei ein mit teurem Lithiumniobat funktionierendes Prinzip, um es "auf das kostengünstige Silizium" zu übertragen, erläutert Leuthold. Da Silizium über einen hohen Brechungsindex verfüge, lassen sich Wellenleiter in feineren Strukturen herstellen, das Bauelement ist deutlich kleiner.

Werden nun Elektronen sehr nahe an den Wellenleiter herangebracht, so lassen sie sich mit sehr geringer Spannung steuern und es ist keine Verstärkung des Signals mehr notwendig. Mit einem einzigen Modulator aus Silizium wollen die Forscher so eine Bandbreite von 100 Gigahertz erreichen. Um die Übertragungsrate weiter zu steigern, werden mehrere der Modulatoren gleichzeitig verschaltet.

SOFI soll nun beweisen, dass das Konzept funktioniert: Für die Chips sind spezielle Wafer aus Silizium mit einer Oxidschicht erforderlich und es müssen verschiedene organische Materialien auf ihre Tauglichkeit hin untersucht werden.

Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts übernimmt das belgische Institut IMEC die Strukturierung der Chips. Rainbow Photonics, Cudos und GigOptix-Helix sollen erfolgversprechende Materialien beisteuern und die italienische Gruppe Selex Sistemi Integrati vertritt die Anwenderseite. Das griechische Forschungslabor AIT macht sich Gedanken über die Einsatzfelder.