Optische Diode - Durchbruch nach 20 Jahren Forschung

10. Dezember 2013, 14:35 Uhr
Optische Diode - Durchbruch nach 20 Jahren Forschung
Optische Diode - Durchbruch nach 20 Jahren Forschung

Ein bedeutender Fortschritt bei der Verbindung von Elektronik mit optischen Bauelementen ist Forschern des California Institute of Technology gelungen. In der Zeitschrift "Science" präsentieren sie eine photonische Halbleiter-Diode, die Licht nur in eine Richtung durchlässt (Bild: Caltech/Feng). Die optische Diode könnte zum wichtigen Bauteil optischer Computer werden, die Daten schneller und billiger als bisher verarbeiten.

 

Lichtimpulse sind in der Computertechnik längst im Einsatz, etwa im Glasfaserkabel. Für die Verarbeitung in Halbleitern müssen sie jedoch in elektrische Impulse umgewandelt werden, was den Datenfluss bremst. Photonik-Forscher tüfteln daher schon lange an Chipbauteilen, die Lichtimpulse aufnehmen und direkt verarbeiten. "Wir wollen den gesamten elektronischen Chip auf einem photonischen Chip reproduzieren", erklärt Studienleiter Liang Feng die Zielvorgabe. Bisherige Silizium-Lichtwellenleiter scheiterten daran, dass sich Lichtsignale durch Reflexion und Überlagerung gegenseitig abschwächen. Fengs Wellenleiter ergänzt einen 800 mal 200 nm großen Siliziumbalken mit Rundteilen aus Germanium, Chrom und Silizium. In eine Richtung kann sich das Licht normal ausbreiten, doch in die andere Richtung wird die Schwingungsmode des Lichts verändert. Daher kommt es zu keiner gegenseitigen Wechselwirkung, so dass man das Licht in einer der Richtungen nun zuverlässig durch einen selektiven Filter abschwächen kann.

 

"Der Weg zum optischen Computer ist noch weit, doch zumindest den dafür nötigen Isolator gibt es nun", so Karl Unterrainer, Vorstand des Instituts für Photonik der TU Wien, gegenüber dem Newsletter "pressetext". Das Potenzial von künftigen Photonencomputern bezeichnet Unterrainer als "enorm", vor allem was deren Geschwindigkeit betrifft. "Kupferleitungen bringen bei hohen Frequenzen große Verluste, weshalb heutige Motherboards nicht mehr als vier Gigahertz zulassen. Optische Computer könnten die Terahertz-Grenze knacken." Energieeffizienz sei ein weiterer Vorteil, da die Übermittlung von Lichtsignalen keinen Strom benötigt. In optische Chips lassen sich zudem auch Sensoren, Displays, Kameras oder Beamer integrieren. Dennoch bleibt vieles weiterhin Zukunftsmusik, relativiert der Wiener Physiker. "Wichtig wäre, nicht nur die elektrischen Leitungen auf Chips durch Lichtleitungen zu ersetzen, sondern ganze Transistoren optisch zu gestalten." Auch die Größe stellt derzeit noch ein Problem für die Umsetzung dar - messen doch photonische Halbleiter noch ein Vielfaches der elektrischen Halbleiter.

 

Quelle: pressetext.de

 

Pressemeldung Caltech:
http://media.caltech.edu/press_releases/13441

 

Artikel in "Science":
www.sciencemag.org/content/333/6043/729

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