Während auf längeren Strecken die Internet-Datenpakete zügig über optische Glasfaserverbindungen laufen, quälen sie sich auf dem letzten Meter zum Endanwender über antiquierte Kupferkabel und benötigen zudem spezielle Konverter, die aus den optischen Impulsen elektrische Signale formen. Mit einem am Walter Schottky Institut (WSI) der TU München in Garching entwickelten neuartigen Halbleiterlaser könnte sich das jedoch bald ändern.
Eine spezielle Ausführungsform emittiere das Laserlicht nicht über die Spaltkanten des Chips, sondern senkrecht zur Wafer-Ebene. Mit diesen „Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser“ (VCSEL) genannten Lasern sei eine drastische Senkung der Herstellungskosten verbunden. Die Bauelemente können in hoher Packungsdichte auf einer Halbleiterscheibe hergestellt und ohne Vereinzelung vorab getestet werden.
Hinzu komme der Wegfall optischer Korrekturglieder bei der Einkopplung in Glasfasern sowie ihr geringer Energieverbrauch bei gleichzeitig hohen Wirkungsgraden. Obwohl VCSEL bereits seit längerem kommerziell verfügbar seien und unter den Halbleiterlasern – die am meisten verbreitete Laserform – eine dominierende Stellung einnehmen, seien die bisherigen Bauelemente nur eingeschränkt tauglich. Bei ihnen betrage die Emissionswellenlänge 850 Nanometer, die Übertragungsdistanzen sind auf einige hundert Meter begrenzt.
Bei den am WSI entwickelten Lasern handelt es sich nach Institutsangaben dagegen um Laser mit Emissionswellenlängen um 1,55 Mikrometer, exakt die Wellenlänge, die in den optischen Glasfasernetzen Verwendung findet. Sie weisen hier ein Dämpfungsminimum auf, Distanzen von bis zu 100 Kilometer seien ohne zusätzliche Verstärkerstufen überbrückbar.
Nach Aussagen der Garchinger Wissenschaftler um Professor Markus-Christian Amann (Lehrstuhl für Halbleitertechnologie) lag das Hauptproblem bislang in einer zu großen Erwärmung der Laser, welche die geforderte Ausgangsleistung selbst bei niedrigen Temperaturen verhinderte. Der Durchbruch sei den Forschern am WSI unter anderem durch den Einsatz spezieller Halbleiterstrukturen gelungen, die zum Teil gezielt quantenmechanische Effekte nutzen. Außerdem durch eine neuartige Bauform, die die Erwärmung drastisch reduziert und Laserkenndaten ermöglicht, die erstmals anwendungstauglich sind und teilweise um Größenordnungen über denen anderweitig verfolgter Konzepte liegen.
Obwohl die optische Telekommunikation über Glasfasern für diese neuen Laser das mit Abstand größte Marktpotential biete, könnten nach Ansicht der Garchinger Wissenschaftler in naher Zukunft langwellige VCSEL in vielen anderen Bereichen als Schlüsselkomponenten dienen. Als Beispiele nennen sie hier optische Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten eines Computers. Der Datenaustausch würde so wesentlich beschleunigt.
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Dr. Markus Ortsiefer, Lehrstuhl für Halbleitertechnologie, WSI, Tel.: 089/28912788 (günstigsten Tarif anzeigen)
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