Verstärker für ultraschnelle Lichtchips - wissenschaft.de
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Verstärker für ultraschnelle Lichtchips

Computerchips könnten schon bald dank der Verwendung von Lichtteilchen statt Elektronen deutlich rasanter rechnen. Nach und nach entwickeln Forscher in ihren Laboren dazu wichtige Bauteile. Nun gelang amerikanischen Wissenschaftlern der Bau eines vielseitigen Lichtleiters auf Siliziumbasis. Laut ihrer Veröffentlichung in der Zeitschrift Nature verstärkt es Lichtwellen über ein bisher unerreicht breites Frequenzspektrum. Dadurch kann prinzipiell eine deutlich höhere Datenrate beim Informationstransport auf einem Chip gewährleistet werden.

„Die Entwicklung von optischen Verstärkern ist essenziell für photonische, integrierte Schaltkreise“, schreiben Alexander Gaeta und seine Kollegen von der Cornell University in Ithaca. Ihr neuer Wellenleiter, bestehend aus mehreren nanometerdünnen Schichten aus Silizium und Siliziumdioxid, löst genau dieses Problem. Solche Materialkombinationen werden auch als photonische Kristalle bezeichnet. So kann einfallendes Infrarotlicht über den Wellenlängenbereich von 1511 bis 1591 Nanometern mit einer vielversprechenden Effizienz verstärkt werden. Bisherige Module wiesen ein viel schmaleres Verstärkungsfenster von nur wenigen Nanometern Wellenlänge auf.

Der Schlüssel zu diesem Erfolg liegt in einer so genannten Vier-Wellen-Mischung. Einfallende Lichtstrahlen werden dabei über einen nichtlinearen optischen Prozess an den Grenzen zwischen Silizium und Siliziumdioxid gebrochen. Durch die Überlagerung der gebrochenen Lichtanteile kommt es zu einer Verstärkung der Intensität bei ausgewählten Wellenlängen.

Diese Wellenleitung kann nach Aussage der Forscher nicht nur für den Informationstransport in zukünftigen Photonik-Chips genutzt werden. Auch für den Aufbau von optischen Schaltern und bei der Suche nach Lichtquellen in der Quanteninformation sollen diese Module eingesetzt werden können. Wann allerdings ein erster Photonik-Chip ultraschnelle Rechenoperationen ausführen wird oder gar heutige Elektronik-Chips ablösen kann, können die Forscher noch nicht abschätzen.

Nature, Bd. 441, S.960 Jan Oliver Löfken
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