Nature: Optische Kommunikation im Rekordtempo

Mit sogenannten Solitonen-Frequenzkämmen aus optischen Mikroresonatoren lassen sich Daten mit einer Geschwindigkeit von über 50 Terabit pro Sekunde übertragen – Publikation in Nature

Kreisförmige Siliziumnitrid-Mikroresonatoren auf einem Chip im Vergleich mit einer Cent-Münze. (Bild: J. N. Kemal/ P. Marin Palomo/KIT)

Solitonen-Frequenzkämme werden durch Siliziumnitrid-Mikroresonatoren erzeugt und zur parallelen Datenübertragung über eine Vielzahl von Frequenzkanälen genutzt. (Bild: J. N. Kemal/P. Marin Palomo/KIT).

Einen neuen Rekord in der Datenübertragung mit Licht haben Wissenschaftler am KIT und an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) erreicht: Wie die Forscher in der Zeitschrift Nature berichten, ließen sie optische Solitonen in Mikroresonatoren aus Siliziumnitrid auf einem Chip zirkulieren und erzeugten dadurch optische Frequenzkämme, welche eine Datenübertragung auf 179 Wellenlängenkanälen mit einer Datenrate von über 50 Terabit pro Sekunde ermöglichen.

In der optischen Kommunikation können sogenannte Solitonen zur Erzeugung von Frequenzkämmen mit einer Vielzahl von Spektrallinien eingesetzt werden, mit denen sich besonders leistungsfähige und kompakte Übertragungssysteme von hoher Kapazität realisieren lassen. Dies haben Forscher am Institut für Photonik und Quantenelektronik (IPQ) und am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT, sowie am Laboratory of Photonics and Quantum Measurements (LPQM) der EPFL nun demonstriert.

Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift Nature berichten, erzeugten sie in Mikroresonatoren aus Siliziumnitrid Solitonen, welche kontinuierlich zirkulieren und optische Frequenzkämme von großer Bandbreite erschaffen. Mit zwei sich überlagernden Kerr-Frequenzkämmen erzeugten die Forscher damit insgesamt 179 optische Trägerwellen zur Datenübertragung. Dabei erreichten sie eine Datenübertragungsrate von 55 Terabit pro Sekunde über eine Entfernung von 75 Kilometern. „Dies entspricht mehr als fünf Milliarden Telefongesprächen oder mehr als zwei Millionen HDTV-Kanälen. Es ist die höchste Datenrate, die bislang mit einer Frequenzkammquelle im Chip-Format erreicht wurde“, erklärt Professor Christian Koos vom IPQ und IMT des KIT.

Das Verfahren kann das technisch vorherrschende Wellenlängen-Multiplex-Verfahren (engl. Wavelength Division Multiplexing, WDM) in der optischen Kommunikation wesentlich verbessern: Die Bauteile haben das Potenzial, den Energieverbrauch der Lichtquelle in Kommunikationssystemen drastisch zu reduzieren. Die Solitonen-Kammquellen lassen sich zudem kostengünstig und in großen Stückzahlen auf kompakten Mikrochips herstellen.

Weitere Informationen in der Presseinformation 074/2017.

or, 08.06.2017