Intel: Datenübertragung mit Lichtgeschwindigkeit

Erster unterbrechungsfreier Halbleiter-Laser entwickelt. Das Wort "Durchbruch" nimmt selbst Intel selten in den Mund. Diesmal jedoch zollen auch wissenschaftliche Publikationen dem neuen Labor-Chip Tribut, der Laserlicht auf engstem Raum verstärken kann.

16. Februar 2005 um 21:34 Uhr / Jens Ihlenfeld

Im Prinzip sind Laser, die ihr Licht auf einem winzigen Halbleiter erzeugen, seit Jahrzehnten im Einsatz: In jedem CD-Player steckt eine Laserdiode. Bisher war es aber noch nicht möglich, dieses Licht auf engem Raum so weit zu verstärken, dass es für eine Datenübertragung genutzt werden kann.

Intel ist das jetzt gelungen - und zwar auf einem wenige Quadratzentimeter großen Chip. Im Endeffekt ist dies der erste Verstärker für Laserlicht auf Basis eines Halbleiters. Weil die Kombination aus Lichtverstärker und Silizium so revolutionär ist, meint auch Mario Paniccia, Director des Intel Photonics Technology Lab: "Wir haben zum ersten Mal demonstriert, dass gewöhnliches Silizium genutzt werden kann, um Geräte zu bauen, die Licht verstärken."

Die Verstärkung des Lichts ist Grundvoraussetzung, um Daten zu übertragen. Bisher war diese Mehrleistung nur über kilometerlange Glasfasern zu erreichen. Intels neuer Chip, bisher ein reines Labormuster, kann jedoch auf kleinster Fläche einen kontinuierlichen und unterbrechungsfreien Laserstrahl hoher Stärke erzeugen.

Die Basis dafür ist der so genannte "Raman-Effekt", der heute schon bei Lichtleitern zum Einsatz kommt. Dabei wird in Silizium ein Hohlleiter geätzt, in dem das Licht reflektiert wird. Ein Raman-Laser erreicht aber immer noch eine viel zu geringe Lichtstärke für Datenübertragungen. Eine Erhöhung der eingestrahlten Lichtstärke verringert sogar die Effizienz, da bei einem Einschlag von zwei Photonen (die mit höherer Lichtstärke immer zahlreicher werden) auf ein Silizium-Atom ein Elektron aus seiner Bahn geschleudert werden kann. Diese freien Elektronen bilden wie in einem Nebel eine immer schwerer für das Licht zu durchdringende Masse.

Intel baute nun um den Hohlleiter eine Silizium-Struktur, welche die freien Elektronen absorbieren kann. Dadurch kann mit höherer eingestrahlter Lichtstärke gearbeitet werden, der Lichtfluss wird nicht mehr unterbrochen - der unterbrechungsfreie Laser mit hoher Leistung auf einem Chip war erreicht.

Ein Halbleiter-Verstärker für Laserlicht ist für sämtliche Laser-Anwendungen ein derart bedeutender Fortschritt, dem die US-Zeitschrift "Nature" in ihrer gerade erschienenen Ausgabe einen Artikel widmet. Laser auf kleinstem Raum, die damit auch billiger werden, lassen sich nämlich nicht nur zur Datenübertragung nutzen. Da ein Laser-Verstärker auch mit verschiedenen Wellenlängen und Intensitäten arbeiten kann, lässt er sich auch für andere Anwendungen in Kommunikation und Medizin einsetzen. Laser werden beispielsweise durch verschieden tiefe Bündelung des Lichtes in Gewebeschichten schon für Operationen etwa in der Zahnmedizin eingesetzt, die besonders schonend ablaufen. Bisher sind solche Geräte aber nur großen Kliniken vorbehalten, da sie extrem teuer sind.

Doch wie Intel selbst sagt: "Noch sind wir weit entfernt von kommerziellen Produkten." Bis der Halbleiter-Laser so verbreitet ist wie die Laser-Diode im CD-Player dürften noch einige Jahre vergehen. [von Nico Ernst]