Intel-Forscher bauen schnellen Silizium-Photonen-Apparat

Silizium könnte extrem schnelle Glasfaserverbindungen zwischen PCs ermöglichen. Intel-Forscher konnten jetzt mit Hilfe von Silizium-Fertigungsprozessen erstmals ein neuartiges, transistorähnliches Gerät entwickeln, das einen Lichtstrahl mit Daten modulieren kann. Die Möglichkeit, aus gewöhnlichem Silizium einen schnellen photonischen (Glasfaser-)Modulator herzustellen, könnte extrem kostengünstige und schnelle Glasfaserverbindungen zwischen PCs, Servern und anderen elektronischen Geräten ermöglichen, so die Forscher. Auch die Verwendung im Innern von Computern sei denkbar.

12. Februar 2004 um 12:38 Uhr / Jens Ihlenfeld

Wie das Wissenschaftsmagazin "Nature" berichtet, teilen die Forscher einen Lichtstrahl beim Durchgang durch Silizium in zwei Teile und setzen dann den einen Teilstrahl mit einem neuartigen transistorähnlichen Gerät einer elektrischen Ladung aus, die eine Phasenverschiebung hervorruft. Wenn die beiden Lichtstrahlen wieder zusammengeführt werden, sorgt die Phasenverschiebung zwischen den beiden Teilstrahlen beim Austritt aus dem Chip für einen Stroboskopeffekt im Bereich oberhalb von einem Gigahertz, rund 50-mal schneller als es bisher mit Silizium möglich war. Dieses An-/Aus-Muster des Lichts kann zur Übertragung digitaler Daten genutzt werden.

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"Dies ist ein bedeutender Schritt hin zur Entwicklung optischer Geräte, die Daten im Innern von Computern mit Lichtgeschwindigkeit transportieren" , schwärmt Patrick Gelsinger, Senior Vice President und Chief Technology Officer bei Intel. "Eine bahnbrechende Neuheit von solcher Bedeutung rüttelt mit der Zeit die gesamte Branche auf und öffnet die Tür für neue Geräte und Anwendungen. Sie hat das Potenzial, das gesamte Internet zu beschleunigen, um ein Vielfaches schnellere Hochleistungscomputer zu bauen und Anwendungen mit hoher Datenrate zu entwickeln, wie etwa extrem hochauflösende Displays oder optische Erkennungssysteme."

Bis heute erfordert die Herstellung professioneller optischer Geräte kostspielige und exotische Werkstoffe mit komplizierten Fertigungsverfahren, was ihre kommerzielle Nutzbarkeit auf Spezialmärkte beschränkt, wie geografisch ausgedehnte Netzwerke und Telekommunikation. Mit der Herstellung eines schnellen, optischen Modulators auf Siliziumbasis mit Geschwindigkeiten oberhalb von 1 GHz wäre es laut Intel hingegen möglich, handelsübliches Silizium kostengünstig für die optische Hochgeschwindigkeitstechnik einzusetzen. Zudem würden dadurch viel mehr Anwendungsmöglichkeiten in der Computer- und Kommunikationstechnik eröffnet.

Obwohl Silizium dem menschlichen Auge undurchsichtig erscheint, ist es für infrarotes Licht durchlässig. "So wie Superman mit seinem Röntgenblick durch Wände sehen kann, könnten wir mit Infrarotblick durch Silizium sehen" , erklärte Mario Paniccia, Leiter der Silizium-Photonikforschung bei Intel. "Dadurch können wir infrarotes Licht durch Silizium leiten. Es besitzt dieselbe Wellenlänge, die normalerweise in der optischen Kommunikationstechnik angewandt wird. Die Art, wie elektrische Ladungen sich beim Anlegen einer Spannung durch einen Transistor bewegen, können wir ausnutzen, um das Verhalten des Lichts beim Durchgang durch diese elektrischen Felder zu beeinflussen. Das verführte uns dazu, die Eigenschaften des Lichts, wie Phase und Amplitude, zu manipulieren und so optische Geräte auf Basis von Silizium zu erschaffen."

Die Wissenschaftler bei Intel sind überzeugt, dass sie mit der Technologie bis zu 10 GHz oder mehr erreichen können. Eine einzelne photonische Verbindung kann dabei mehrere Datenkanäle gleichzeitig mit derselben Geschwindigkeit transportieren, indem einfach verschiedenfarbiges Licht verwendet wird. Zudem sind Glasfaserkabel unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen und Überlagerungen, die bei den herkömmlichen schnellen Kupferkabeln Probleme bereiten.