Optischer Transistor für ultraschnelle Kommunikationsnetzwerke - wissenschaft.de
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Optischer Transistor für ultraschnelle Kommunikationsnetzwerke

Ein „Lichtschalter“ im wahrsten Sinne des Wortes soll die Übertragungsgeschwindigkeit optischer Netzwerke künftig dramatisch beschleunigen: Einem japanischen Forscherteam vom National Institute of Advanced Industrial Science and Technology ist es gelungen, den Weg eines Lichtstrahls mit Hilfe eines zweiten zu blockieren oder wieder freizugeben.

Mit einem so genannten optischen Transistor auf dieser Basis könnten sie mit „Lichtgeschwindigkeit“ den derzeitigen „Flaschenhals“ optischer Netzwerke beseitigen: die Schaltknoten. Die übertragenen Signale, die innerhalb von Glasfaserleitungen immer höhere Geschwindigkeiten erreichen, werden an den Schnittstellen der Netzwerke abgebremst, weil selbst die bisher schnellsten optischen Transistoren im Vergleich zur Datenleitung sehr langsam arbeiten.

Das Team um Junji Tominaga experimentierte mit einem CD-ähnlichem Schicht-Aufbau, nur 250 Nanometer dick und 400mal dünner als ein menschliches Haar. In eine Kunststoffschicht brannten sie flache Vertiefungen, beschichteten sie dünn mit Zink-Sulfid, einem Silizium-Isolator, einer Schicht Silberoxid und einem Schutzfilm. Als die Forscher zwei Laser auf dieses „Sandwich“ richteten – einen blauen Laser von oben und einen mit rotem Licht von unten, erhielten sie zwei Arten von Interaktion: Solange der rote Laser mit einer Grenzleistung um 2,5 Milliwatt arbeitete, blockierten die Schichten das Licht des blauen Lasers. Erhöhte man die Leistung über 2,8 Milliwatt, so ließen sie das Signal zunehmend hindurch.

Noch suchen Tominaga und seine Kollegen nach einer endgültigen Erklärung für dieses Phänomen. Bisher glauben sie zu wissen, dass die Energie des blauen Lasers Elektronengruppen um die Vertiefungen im Schichtaufbau anregen. Diese so genannten Plasmonen speichern effektiv die Energie des blauen Laserlichts, erklärt er im Fachblatt Applied Physics Letters. Wenn der rote Laser intensiv genug ist, erzeugt er seinerseits so genannte Cluster aus Silberatomen in der Silberoxid-Schicht.

Noch ist unklar, weshalb diese Cluster die in den Plasmonen gespeicherte Energie „befreien“ und das blaue Licht dadurch weiterleiten. Der Blockade-Effekt ist umkehrbar: Sobald die Leistung des roten Lasers wieder heruntergefahren wird, verschwinden die Silber-Cluster. Tominage will den Effekt nun in ersten Prototypen eines neuartigen optischen Schalters integrieren.

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Dörte Saße
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