Ein neues Konzept für den ultraschnellen Datentransfer über
Glasfaserkabel haben Ingenieure der RUB entwickelt. In herkömmlichen Systemen schickt ein Laser Lichtsignale durch die Kabel, und die Information ist in der Modulation der Lichtintensität codiert. Physikalische Grenzen verhindern, dass das viel schneller als mit einer Frequenz von 40 Gigahertz erfolgen kann. In der internationalen Top-Zeitschrift „Nature“ vom 3. April 2019 beschreibt ein Bochumer Team, wie mit Halbleitertechnik Frequenzen von 200 Gigahertz und mehr erreicht werden könnten. Die Forscher vom Lehrstuhl Photonik und Terahertztechnologie kooperierten mit Kollegen aus Ulm und Buffalo.

Das Bochumer Konzept könnte nicht nur eine wesentlich schnellere Datenübertragung ermöglichen, sondern dabei auch noch Energie sparen. Denn die herkömmliche Technik ist bei hohen Geschwindigkeiten extrem energiehungrig. „Datenübertragung und Internet werden – wenn wir die Technologie nicht ändern – bald mehr Energie verbrauchen, als wir derzeit auf der Erde produzieren“, sagt Prof. Dr. Martin Hofmann. Gemeinsam mit Privatdozent Dr. Nils Gerhardt und Doktorand Markus Lindemann forscht er daher an einer alternativen Technologie.

Geschwindigkeitslimit noch nicht erreicht
Der Trick: Die Bochumer Forscher codieren die Information nicht in der Modulation der Lichtintensität, sondern in der Modulation der Lichtpolarisation. Sie erzeugen dazu eine oszillierende zirkulare Lichtpolarisation, in der sich die Schwingungsrichtung immer wieder umdreht. „Wir haben gezeigt, dass diese Oszillation mit 200 Gigahertz erfolgen kann“, beschreibt Hofmann. „Wie viel schneller sie noch werden kann, wissen wir nicht. Ein theoretisches Limit haben wir noch nicht gefunden.“ Die Oszillation allein transportiert aber noch keine Information, dazu muss die Polarisation moduliert werden. Dass das prinzipiell geht, haben Hofmann, Gerhardt und Lindemann experimentell bestätigt.

Spezielle Laser erforderlich
Um die oszillierende Polarisation zu erzeugen, braucht es spezielle Laser, in denen ein Halbleiterkristall auf bestimmte Weise verbogen wird. Außerdem müssen die Forscher Elektronen mit ausgerichtetem Spin in den Kristall injizieren. „Das System ist noch nicht so weit, dass man es einsetzen könnte. Es ist viel technologische Optimierung erforderlich“, resümiert Martin Hofmann, der mit seinen Bochumer Kollegen bereits ein Patent angemeldet hat, das eine der Hürden beseitigen könnte. „Mit unserer Arbeit, die das Potenzial der Spin-Laser aufzeigt, möchten wir ein neues Forschungsfeld aufstoßen“, so Hofmann weiter.