08 Apr. Stabil, schnell, für die Serie: Photonischer Modulator
Lichtmodulatoren wandeln elektrische Signale in Lichtimpulse um – sie bilden schon heute die Grundlage für schnelles Internet und sind ideal für Anwendungen mit großen Datenströmen, wie beim Training mit Künstlicher Intelligenz. Ein neuartiger elektrooptischer Modulator, den Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) gemeinsam entwickelt haben, sendet Daten effizient durch Glasfaserkabel; er soll sich kostengünstig in großer Stückzahl auf Standardhalbleitern herstellen lassen. Die Forschenden kombinierten dafür Lithiumtantalat – ein Material, das sich besonders gut für Optische Technologien eignet – mit bewährter Chipfertigungstechnik aus der Mikroelektronik. Beide wurden laut dem Forschungsteam bisher nicht gemeinsam eingesetzt.
„Der entscheidende Fortschritt liegt in den Kupferelektroden und in der Art, wie wir sie herstellen“, sagt Professor Christian Koos, Leiter des Instituts für Photonik und Quantenelektronik (IPQ) am KIT. Denn Kupfer leitet Signale besser als das bislang verwendete Gold und ermöglicht sehr glatte Oberflächen. Dadurch arbeitet das Bauteil zum einen effizienter, weil weniger Energie verloren geht. Zum anderen lassen sich die Kupferelektroden in bewährten Verfahren herstellen. Es entsteht eine Oberfläche, über die optische leicht mit elektronischen Mikrochips verbunden werden können. Damit sollen sich Modulatoren nicht nur einfacher herstellen, sondern auch in bereits vorhandene Elektroniksysteme einbauen lassen.
Das KIT‑Team zeigte in Tests, dass der Modulator höchste Datenraten ermöglicht und stabil läuft, ohne dass die Einstellungen ständig korrigiert werden müssen. Das ist laut den Forschenden ein großer Fortschritt, denn ständiges Nachjustieren im Dauerbetrieb ist aufwendig, verkompliziert die Übertragungssysteme und verbraucht Energie.
Der Modulator erreicht Datenraten von mehr als 400 Gbit/s. „Wir arbeiten an der Grenze dessen, was heute technisch möglich ist – mit einer leistungsfähigeren Ansteuerelektronik könnten wir die Datenraten sogar noch steigern“, erklärt Alexander Kotz vom IPQ. Christian Koos wiederum betont, dass die Technologie schnell, effizient und gut skalierbar und deshalb besonders attraktiv für Rechenzentren sowie KI-Cluster sei, die bereits heute unter Engpässen beim Datenaustausch zwischen Prozessoren leiden.
Originalveröffentlichung
[J. Cai, A. Kotz, H. Larocque et al.: Heterogeneously Integrated Lithium
Tantalate-on-Silicon Nitride Modulators for High-Speed Communications;
Nat. Commun. (2026), DOI 10.1038/s41467-026-69769-3]
Quelle: www.kit.edu
Bild: Hugo Larocque / EPFL