Optoelektronischer Chip aus Metall

Forschende der ETH Zürich haben das erste lichtprozessierende Mikroelektronik-Bauteil entwickelt, das ohne Glas auskommt und stattdessen aus Metall gefertigt ist. Es wandelt elektrische Datensignale in optische um.

» Von Fabio Bergamin, ETH News, 08.11.2017 16:12.

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Optische Bauteile für die Mikroelektronik müssen in Glas gefertigt werden. Metalle eignen sich dazu nicht, weil sich optische Information darin höchstens 100 Mikrometer weit ausbreiten kann. Dies war bis vor kurzem die gängige Auffassung von Wissenschaftlern. Forschende unter der Leitung von Jürg Leuthold, Professor am Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik, machten nun das scheinbar Unmögliche möglich: Sie entwickelten ein lichtprozessierendes Bauelement aus Metall. Dies berichten sie in der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift Science.

Die Meisterleistung gelang ihnen, indem sie das Element klein genug bauten. Es ist nur 3 x 36 Mikrometer gross und liegt damit in einem Grössenbereich, in dem sich optische und elektrische Informationen in Metallen ausbreiten können.

Bauelement für Glasfasernetze

Beim Bauteil handelt es sich um einen Modulator. Modulatoren wandeln elektrische Datensignale in optische um. Sie sind in modernen Internetroutern für das Glasfasernetz verbaut und ermöglichen Glasfaser-Datenverbindungen zwischen Computereinheiten in Rechenzentren. Die heute standardmässig verwendeten Bauteile funktionieren jedoch grundsätzlich anders als der neue Modulator.

Das Funktionsprinzip des neuen Bauteils: Licht aus einer Glasfaser wird auf den Modulator geleitet und versetzt die Elektronen auf dessen Oberfläche in Schwingung. Experten sprechen dabei von einer Plasmon-Oszillation. Diese Schwingung lässt sich durch elektrische Datenpulse indirekt verändern. Wird die Schwingung der Elektronen wieder in Licht zurückverwandelt, entsteht ein Lichtsignal, das entsprechend gepulst ist. Die Information wurde dabei von einem elektrischen in einen optischen Datenpuls überführt und kann nun in Glasfasern transportiert werden.

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