Winziges Teil für rekordhohe Daten-Bandbreite

Plasmonische Modulatoren sind winzige Bauteile, die elektrische Signale in optische Signale umwandeln, um sie ¨¹ber Glasfasern zu transportieren. Noch nie schaffte es ein solcher Modulator, Daten mit einer Frequenz von mehr als einem Terahertz (mehr als eine Billion Schwingungen pro Sekunde) zu ¨¹bertragen. Forschenden aus der Gruppe von J¨¹rg Leuthold, Professor f¨¹r Photonik und Kommunikation an der ETH Z¨¹rich, ist dies nun gelungen. Bisherige Modulatoren konnten nur Frequenzen bis 100 oder 200 Gigahertz umwandeln, also Frequenzen, die f¨¹nf- bis zehnmal niedriger sind.

Zum Einsatz kommen k?nnten solche Modulatoren ¨¹berall dort, wo grosse Datenmengen ¨¹bertragen werden, als Bindeglied zwischen der elektrischen Welt und der Daten¨¹bertragung mit Licht. ?Daten liegen zun?chst immer in elektrischer Form vor, und bei der ?bertragung kommt heute immer irgendwo die Glasfaser ins Spiel?, erkl?rt ETH-Professor Leuthold.

Die n?chste Mobilfunkgeneration (6G) wird im Terahertz-Bereich arbeiten. Deren R¨¹ckgrat ¨C die Leitungen zwischen den Basisstationen ¨C nutzt die Glasfasertechnologie. ?Unser Modulator erm?glicht es, Funksignale und andere elektrische Signale direkt und somit effizient in optische Signale umzuwandeln?, sagt Yannik Horst. Er arbeitete w?hrend seiner Doktorarbeit an dem Bauteil.

Auch f¨¹r die Medizin und die Messtechnik

Die ?bertragung von Terahertz-Signalen auf Glasfaser ist zwar bereits jetzt technisch m?glich, aber umst?ndlich. Es braucht dazu heute mehrere teure Bauteile. Die neuen Modulatoren k?nnen die Signale direkt umwandeln, was den Energieverbrauch reduziert und die Messgenauigkeit erh?ht. Ausserdem sind heute f¨¹r verschiedene Frequenzbereiche unterschiedliche Bauteile n?tig. Der neue Modulator kann bei jeder Frequenz von 10 Megahertz bis 1,14 Terahertz eingesetzt werden. ?Mit einem einzigen Bauteil decken wir den gesamten Frequenzbereich ab. Damit ist er extrem vielseitig einsetzbar?, sagt Horst.

Weitere Anwendungsm?glichkeiten sind die Glasfaser-Daten¨¹bertragung innerhalb von Hochleistungsrechenzentren und zwischen solchen Zentren. Und schliesslich sind die Bauteile f¨¹r die Hochleistungsmesstechnik interessant. Dazu geh?ren bildgebende Verfahren in der Medizin, Spektroskopiemethoden f¨¹r die Materialanalyse, Gep?ckscanner an Flugh?fen oder die Radartechnik. Schon heute arbeiten solche Ger?te teilweise im Terahertz-Bereich.

Der neue Modulator ist eine winzige Nanostruktur, die aus verschiedenen Materialien aufgebaut ist, unter anderem aus Gold. Er nutzt die Wechselwirkung von Licht mit freien Elektronen im Gold. Entwickelt wurde die Technologie an der ETH Z¨¹rich. Gebaut hat es Polariton Technologies, ein ETH-Spin-off, das aus Leutholds Gruppe hervorgegangen ist. Diese Firma arbeitet daran, die Terahertz-Modulatoren auf den Markt zu bringen, damit diese in Zukunft breit in der Daten¨¹bertragung und der Messtechnik eingesetzt werden k?nnen.