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Schaltkreise aus Licht: Forscherin gelingt wichtiger Durchbruch bei optischen Schaltungen

Schaltkreise aus Licht: Forscherin gelingt wichtiger Durchbruch [Bildquelle: McMaster Universität Hamilton Kanada]
Schaltkreise aus Licht: Forscherin gelingt wichtiger Durchbruch [Bildquelle: McMaster Universität Hamilton Kanada]
In vielen Bereichen der Elektronik kommen Bauteile zum Einsatz, die mit Licht Informationen übertragen. Die dafür verwendeten Laser sind oft nicht leicht herstellbar und so relativ teuer. Einer Doktorandin ist bei ihrer Forschungsarbeit hier ein wichtiger Durchbruch gelungen.

„Silizium ist kein gutes Material für Laser. Es ist ein gutes Detektormaterial, aber kein effizienter Lichtstrahler“, erklärt Khadijeh Miarabbas Kiani die führende Forscherin hinter dem neuen Laser. Zusammengefasst liegt genau darin das Problem, vor dem viele Entwickler von Kommunikationshardware stehen. Mit Licht funktioniert die Datenübertragung am schnellsten, aber die Herstellung und Integration von Lasern oder Lichtquellen ist teuer. Die Silizium-Photonik befasst sich mit diesem Forschungsfeld. Bereits seit den 1980er-Jahren gibt es optische Schaltungen auf Silizium-Chips. 

Aber erst im August 2020 schaffte es Kiani nach vielen Monaten des Experimentierens dann einen Durchbruch  zu verzeichnen. Als sie bei einem Experiment an der McMaster Universität zum ersten Mal Licht mit einem Laser auf einem Silizium-Chip erzeugte. Nach einem weiteren Jahr Forschung und Entwickung mit einem sechsköpfigen Team, ist dieser Laser nun so klein, dass er auf einem Wafer nur 0,3 mm² einnimmt. Dadurch das sich die Lichtquelle mit gut etablierten Fertigungsmethoden herstellen lässt, steht einer Massenproduktion und einem breiten Einsatz nichts im Wege. 

Schematische Darstellung des Lasers [Quelle: Lasing in a Hybrid Rare-Earth Silicon Microdisk]
Schematische Darstellung des Lasers [Quelle: Lasing in a Hybrid Rare-Earth Silicon Microdisk]

Für die Zukunft erhoffen sich die Forscher einen großen Durchbruch im Bereich der optischen Schaltungen auf den Weg gebracht zu haben. Schon jetzt ist klar, der nur wenige Mikrometer große Laser könnte Technik in vielen Bereichen revolutionieren. Da dieser eine Wellenlänge von zwischen 1600 und 1900 nm hat, liegt er in dem Bereich, in dem auch viele Infrarotlaser aktueller Technik arbeiten. So ergeben sich schon jetzt Anwendungsmöglichkeiten von der medizinischen Diagnostik, über selbstfahrende Autos bis hin zu Satelliten, die per Laser Daten übermitteln. Mit dem neuen Laser wird aber auch ein weiterer Bestandteil von den bisher nur in der Theorie existierenden optischen Computer-Prozessoren nun herstellbar. Diese Prozessoren sind, zumindest  in der Theorie, wesentlich schneller als alles, was es derzeit gibt, da sie statt mit langsamen Elektronen mit schnellen Photonen arbeiten. 

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Autor: Marc Herter,  1.12.2021 (Update:  1.12.2021)