Optischer Sender schafft 180 Gigabit pro Sekunde ohne Isolator

Cloud-Dienste und KI-Anwendungen schieben gewaltige Datenmengen zwischen Rechenzentren hin und her. Die Glasfaserstrecken dafür brauchen optische Sender, die schnell arbeiten und wenig Platz beanspruchen. In einem solchen Sender erzeugt ein Laser das Licht, ein Modulator prägt ihm anschließend die elektrischen Datensignale auf. Rücken beide Bauteile eng zusammen, entsteht ein Problem: Ein Teil des Lichts wandert vom Modulator zurück in den Laser und bringt dessen Schwingung durcheinander. Hersteller bauen deshalb einen optischen Isolator ein, der rücklaufendes Licht abfängt. Das kostet Platz. Ein Team aus Japan zeigt nun, dass ein schneller Sender auch ohne dieses Schutzbauteil auskommt.

Zwei Ringe und ein Interferometer zähmen das Störlicht

Forscher:innen um Tomohiro Kita von der Waseda University in Tokio kombinierten gemeinsam mit Kolleg:innen von Sumitomo Osaka Cement und dem National Institute of Information and Communications Technology (NICT) einen abstimmbaren Laser mit einem Modulator aus Dünnschicht-Lithiumniobat. Der Laser besteht aus einem Halbleiter-Verstärkerchip und einem Silizium-Photonik-Schaltkreis mit zwei ringförmigen Resonatoren aus Siliziumnitrid. Zusammen bilden sie einen Vernier-Filter, der die gewünschte Wellenlänge auswählt. Der Modulator enthält ein asymmetrisches Mach-Zehnder-Interferometer, dessen Lichtdurchlässigkeit ebenfalls von der Wellenlänge abhängt.

Das Team stimmte die Filterkurven beider Bauteile gezielt aufeinander ab. So stört das zurückgeworfene Licht den Laser kaum noch, und er schwingt stabil in einer einzigen Mode. Die Ergebnisse erschienen im Fachjournal Journal of Lightwave Technology.

180 Gigabit pro Sekunde bei 0,6 Volt

Im Labor ließ sich die Wellenlänge zwischen 1529,1 und 1595,8 Nanometern einstellen, ein Fenster von rund 67 Nanometern. Eine aktive Temperaturregelung brauchte der Laser dafür nicht. Mit einer Steuerspannung von etwa 0,6 Volt erzeugte der Modulator ein binäres Signal mit 180 Gigabit pro Sekunde. Die Lichtzustände blieben dabei klar unterscheidbar, auch ohne digitale Nachkorrektur der Wellenform. Solche Korrekturschaltungen verbrauchen sonst zusätzlichen Strom.

Der breite Abstimmbereich passt zum Wellenlängenmultiplexing: Mehrere Datenkanäle teilen sich dabei eine Glasfaser, jeder auf seiner eigenen Wellenlänge. Kita sieht die Technik deshalb vor allem in Verbindungen zwischen KI-Rechenzentren.

Energiebilanz und Lichtverluste noch offen

Ohne Isolator fällt der Sender kleiner aus, und die Fertigung vereinfacht sich. Wie viel Strom das Bauteil gegenüber heutigen Lösungen spart, hat das Team noch nicht gemessen. Im Modulator und an den Kopplungsstellen geht zudem Licht verloren. Die 180 Gigabit pro Sekunde markieren auch keine Obergrenze: Für höhere Raten fehlten leistungsfähigere Signalquellen und Messgeräte. Bis zu einer vollständigen Rechenzentrumsverbindung stehen weitere Tests an.

via Waseda University