Revolution der optischen Kommunikationsnetze

EU-finanzierte Forscher haben neue System- und Bauelementkonzepte für energiesparende, hochleistungsfähige optische Verbindungen zwischen großen Rechenzentren geschaffen.

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Im Informationszeitalter fordert das rasche Wachstum des Datenverkehrs radikal neue Ansätze für die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung, für die eine Erhöhung der Bandbreite und der Energieeffizienz um Größenordnungen erforderlich sind. Optische Frequenzkämme, ein präzises Werkzeug zum Messen verschiedener Farben - oder Frequenzen - des Lichts, verkörpern die Möglichkeit, den Durchsatz optischer Kommunikationsnetze zu revolutionieren. Entlang dieser Linien stellt die Erzeugung von Frequenzkämmen in Vorrichtungen in Chipgröße eine vielversprechende Option dar, insbesondere in Kombination mit weiteren optischen Mikrochips, die Informationen über jede Kammlinie kodieren. Das EU-finanzierte ENTERAPIC-Projekt hat das enorme Potenzial dieses Ansatzes nachgewiesen und neue System- und Gerätekonzepte für energiesparende, hochleistungsfähige optische Verbindungen innerhalb und zwischen Rechenzentren geschaffen. „Optische Interconnects, die Datenübertragungsgeschwindigkeiten von mehreren Terabit bereitstellen, sind die vielversprechendste Möglichkeit, Übertragungsengpässe in Datenlagern und weltweiten Kommunikationsnetzen zu überwinden“, sagt Projektkoordinator Christian Koos. Im Mittelpunkt dieses Projekts stand die Entwicklung energieeffizienter elektrooptischer Modulatoren, Vorrichtungen, die elektrische Signale in optische umsetzen. „Unsere Vorrichtungen kombinieren herkömmliche Silizium-Photonen-Wellenleiter mit organischen Materialien, die auf molekularer Ebene optimiert wurden“, erklärt Koos. „Diese Bauelemente sind die energieeffizientesten, die derzeit verfügbar sind, und sie bieten eine attraktive Lösung für Terabit-Sendeempfänger in Chipgröße, für die der Stromverbrauch immer wichtiger wird.“ Wichtige Errungenschaften Im Laufe der Projektarbeit wurden eine Reihe wichtiger Errungenschaften gemacht. In Bezug auf elektrooptische Modulatoren demonstrierte das Team nicht nur einen geringen Energieverbrauch, sondern auch eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit. Darüber hinaus wurden neuartige Frequenzkammquellen in Chipgröße auf der Basis von elektrooptischen Modulatoren, strommodulierten Halbleiterlasern und nichtlinearen Kerr-Mikroresonatoren realisiert und experimentell bei Terabit-Datenübertragungsgeschwindigkeiten getestet. Um alle Komponenten zu einem verwendbaren Kommunikationssystem zusammenzusetzen, entwickelten Forscher das Konzept des photonischen Drahtbondens. „Photonisches Drahtbonden beruht auf 3D-Druck von nanoskaligen Wellenleitern - diese sind etwa 100-mal dünner als ein menschliches Haar“, sagt Koos. „Wir kamen während des Projekts auf diese Idee und waren überrascht, wie gut es funktioniert.“ Zusammenfassend ermöglichen diese Ansätze es den Forschern, Transceiversysteme mit bislang noch nie erreichter Leistung und Effizienz zu realisieren. „Solche Systeme sind dringend notwendig, um das Wachstum des Datenverkehrs auf eine nachhaltige Basis zu bringen“, sagt Koos. Spin-off-Unternehmen gestartet Nach dem Abschluss des Projekts haben die Forscher vor kurzem ein Hightech-Spin-off-Unternehmen mit Dienstleistungen und Technologien im Bereich der großangelegten photonischen Integration ins Leben gerufen. „Vanguard Photonics zielt darauf ab, die im ENTERAPIC-Projekt erzielten Durchbrüche zu nutzen, vor allem, da sie für additive Nanofabrikationstechniken für Packaging und Montage von photonischen integrierten Schaltungen und photonischen Multi-Chip-Modulen angewendet werden können“, sagt Koos. „Wir hoffen damit, eine breite Palette von Anwendungen in der Informations- und Kommunikationstechnologie, medizinischen Anwendungen, den Biowissenschaften und der industriellen Metrologie und Sensortechnik zu bedienen.“

Schlüsselbegriffe

ENTERAPIC, Rechenzentrum, Kommunikation, IKT, optische Interconnects, optische Verbindungen

Energy-Efficient Multi-Terabit/s Photonic Interconnects

Revolution der optischen Kommunikationsnetze

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