Innolume, ein führender Anbieter von Quantenpunkt (QD) Laserdioden und-Modulen, die das Spektrum von 1050 nm bis 1320 nm abdecken, gab heute bekannt, dass es mit der Musterziehung seines bahnbrechenden Halbleiterlasers, dem InnoComb, beginnt. Dabei handelt es sich um die erste Laserdiode der Welt, die zwei- bis dreistellige Mengen reiner, geräuscharmer Farben (Kammspektrum) von einer einzigen Laserkavität emittiert. Diese neue Laserklasse ermöglicht eine Revolution in dem Wavelength-Division-Multiplexing (WDM) [Wellenlängen-Multiplex-Verfahren] bei optischen Verbindungen mit kurzer Reichweite und hoher Bandbreite. WDM wurde bisher auf Telekommunikation beschränkt, da es kostspielige Laseranordnungen erfordert. Heute kann WDM schließlich für kostengünstige Computerverbindungen mit kurzer Reichweite nutzbar gemacht werden, indem es von einem einzigen InnoComb angetrieben wird.
In Anlehnung an den im vergangenen Jahr vorgestellten ersten Breitspektrum Fabry-Perot (FP) Laser (> 70 nm, Opt. Lett., 2007, 32, S. 793-795), verringerte Innolume die Relative Intensity Noise (RIN) [relative Geräuschintensität] jeder spektralen Linie, die in der Diode den Kammlaser als praktische Quelle für Computerkommunikation kulminieren. „Diese Laserinnovation bietet eine erhöhte Integration und Funktionalität und ist kleiner und kostengünstiger, d.h., es wird Kavitätsresonanz mit QD-Gewinnverhalten verwendet, um Lasersysteme oder integrierte Laseranordnungen zu ersetzen“, so Jürgen Kurb, Präsident und CEO von Innolume. „Es werden erstmalig platzsparende und kostengünstige WDM-Systeme ermöglicht und diese bieten neue Datenkommunikationsmöglichkeiten im Bezug auf Kosten, Leistung und Verlässlichkeit. Zusätzlich vereinfacht der Kammlaser die Systemgestaltung aufgrund aller Kanäle, die sich übereinstimmend mit der sich verändernden Temperatur bewegen“, so Kurb weiter.
Bei InnoComb handelt es sich um einen einzigen FP-Laser, der viele Linien / Wellenlängen / Kanäle emittiert (längs laufende Kavitätsmodi), die alle fast die gleiche Leistung aufweisen. Innolume hat eine Leistung von 10 mW pro Kanal über 16 Kanäle gezeigt und eine Leistung von >1 mW / Kanal über 100 Kanäle. Das Kanalintervall ist derzeit erhältlich in einer Größenordnung von <50 GHz bis 140 GHz (< 0,28 nm bis 0,8 nm) und bei jeder Wellenlänge zwischen 1250 nm und 1320 nm zentrierbar. Für die Datenkommunikation sind die Kammlaserkanäle geteilt (entschachtelt), extern auf ≥10 Gb/s angepasst und für die Einzelfasertransmission gebündelt. Externe Modulation auf 16 Kammkanälen wurde von HHI, Berlin (Electron. Lett., 6. Dezember 2007, v43, 25, S. 1430-1431) mit einer fehlerfreien Transmission (BER<10-13) aufgrund von einer besonders niedrigen RIN (~0,1%) auf jeder Laserlinie gezeigt. „Der Diodenlaser als Quelle für mehrere Wellenlängen bei Kommunikationssystemen mit hoher Geschwindigkeit hatte den Status eines šheiligen Grals', aber aufgrund von geräuschvollen längs laufenden Lasermodi in Quantenkopf-FP-Lasern wurden sie ausgeschlossen. Im Gegensatz dazu zeigen die Kammlaser, die wir von Innolume getestet haben, Augendiagramme für jede Linie, die mit den besten Einzelfrequenz-ECL-Lasern vergleichbar sind. Somit werden großartige Möglichkeiten für effiziente 1300 nm WDM-Kommunikationssysteme geschaffen, die auf einem einzigen Laser basieren“, so Dr. Norbert Grote, Leiter der Laser Gruppe am Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut in Berlin.
Laut Prof. Zhores Alferov am Ioffe Institut in St. Petersburg (Nobelpreisträger im Jahr 2000 für die doppelte Heterostruktur - die Basis für Diodenlaser), „haben Ioffe-Absolventen bei Innolume eine neue Klasse von Halbleiterlasern entwickelt, die auf den grundlegenden Verhaltensweisen von Quantenpunkten beruhen. Quantenpunkte ermöglichen Kammlaserdioden, was sie hauptsächlich von konventionellen Quantenköpfen unterscheidet, und weisen dadurch ein großes Potential für praktische Durchführungen auf. Die Integration war eine Hauptantriebskraft für die Elektronikbranche und jetzt führt uns die Quantenpunkttechnologie auf den gleichen Weg, sodass Hunderte von CW-Lasern in einer einzigen Diodenlaserkavität enthalten sein können.“
„Wie großartig eine Technologie auch sein mag, es läuft letztendlich doch immer auf die Kosten hinaus“, so Dongliang Yin, leitender Optical Engineer von Innolume. „Unser einziges InnoComb-Gerät beruht auf konventionellen Herstellungsprozessen für FP-Kantenstrahler und stellt somit eine besonders wirksam eingesetzte Alternative zu vorgeschlagenen Anordnungen von Lasern mit 16, 32 oder sogar 100 DFB dar. Für integrierte DFBs können 10 Mal mehr Kosten pro Laser anfallen als für einen einzigen FP-Kamm. Der Kompromiss besteht darin, dass wir einen zusätzlichen Demultiplexer, einen integrierten AWG, anstatt mehrerer Laser benötigen. Deshalb bieten QD-Kammlaser eine attraktive Lichtquelle für Anwendungen in Gebrauchsgegenständen einschließlich universeller WDM für kurze bis mittelfristige Einsätze. Auf lange Sicht bringt es auch wirtschaftliche Effizienz für zukünftige optische Anwendungen bei der Kommunikation zwischen Chips. Sowie die Silizium-Photonik-Technologie sich bis zu dem Punkt entwickelt, dass sie Licht zwischen Prozessor-Chips wirtschaftlich regeln kann, wird eine einzige Kammlaser-šEnergieversorgung˜ - entweder außerhalb des Chips oder an das Silizium gebunden - die vielen optischen Kanäle antreiben, die für die TB/s-Verbindungen nötig sind.“
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass konventionelle Quantenkopf-Diodenlaser mit oder ohne Modus-Sperrung zu geräuschvoll sind, als dass sie als praktische Kammlaser für Hochgeschwindigkeitsanwendungen eingesetzt werden könnten. Die Quantenpunkt-Materialien und Lasergestaltungen von Innolume beheben erstmalig diesen Mangel und ermöglichen somit neuartige und zeitgemäße Anwendungen. Jetzt kann die Branche die Vorteile der Bandbreite von WDM von besonders teueren Telekommunikationssystemen auf kostengünstige Sender-Empfänger mit kurzer Reichweite übertragen und somit Aspekte wie Kosten / Leistung / Gewicht / Volumen bei Server- und Backplane-Verbindungen optimieren. Letztendlich kann der Kammlaser Hochgeschwindigkeits-WDM-Verbindungen in einer Photonik-Schaltebene „unter“ zukünftigen mehradrigen Computer-Prozessoren betreiben. Gemäß architektonischer Analyse von erstklassigen Computerunternehmen und Wissenschaftlern bietet dies einen 100 Mal größeren Leistungsvorteil im Vergleich zur veranschlagten Elektronikleistung.
Über Innolume (www.innolume.com)
Innolume (früher NL Nanosemiconductor) hat seinen Ursprung am Ioffe physikalisch-technischen Institut in St. Petersburg in Russland. Danach wurde eine Produktionsstätte in Dortmund, Deutschland gebaut. Das Unternehmen bietet Laserhalbleiter-Chips und Module im spezifischen Wellenlängenbereich von 1,1 bis 1,3 Mikrometer für den medizinischen und industriellen Kommunikationsbereich und den Computermarkt. Seine Quantenpunkttechnologie und urheberrechtlich geschützten Gestaltungskonzepte ermöglichen konkrete Verbesserungen bei Kosten, Leistung und Qualität von zusammengesetzten und in der Optoelektronik verwendeten Halbleitergeräten.
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