Isolatorfreier optischer Sender erreicht 180 Gbit/s für Rechenzentren
Japanische Forscher kombinieren Siliziumnitrid-Resonatoren und Lithiumniobat-Modulatoren, um sperrige optische Isolatoren überflüssig zu machen.
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Ingenieure aus Japan haben einen integrierten optischen Sender entwickelt, der ohne optischen Isolator stabil arbeitet und Datenübertragungsraten von bis zu 180 Gbit/s erreicht. Die Hardware-Erfindung löst Reflexionsprobleme, die Laser in hochkapazitiven Verbindungen für Cloud-Dienste und KI-Workloads destabilisieren.
Optische Reflexionen ohne sperrige Abschirmungen beherrschen
Moderne Rechenzentren setzen auf schnelle optische Verbindungen, um Daten zwischen Servern auszutauschen, doch die Miniaturisierung der Hardware stößt bei optischen Innovationen an eine wiederkehrende physikalische Grenze. Wenn abstimmbare Laser auf Basis von Siliziumphotonik mit Modulatoren aus anderen Materialien integriert werden, wird Licht in den Laserresonator zurückreflektiert. Diese Reflexionen destabilisieren den Laserstrahl und beeinträchtigen die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung.
Standardmäßige optische Baugruppen lösen das Problem durch den Einbau eines magnetooptischen Isolators, einer Komponente, die rückwärts laufendes Licht blockiert. Optische Isolatoren brauchen Bauraum, erhöhen die Montagekosten und lassen sich nur schwer auf Standard-Halbleiterchips integrieren. Um diese Einschränkung zu umgehen, hat ein Team unter der Leitung von Professor und Erfinder Tomohiro Kita vom Department of Applied Physics der Waseda University einen Sender entworfen, der die destabilisierende Rückkopplung durch spektrale Abstimmung unterdrückt – eine Erfindung, über die TechXplore berichtet.
„Diese Architektur bietet einen vielversprechenden Weg zu kompakten, isolatorfreien optischen Sendern für photonische integrierte Schaltungen und optische Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssysteme der nächsten Generation.“
— Tomohiro Kita, Professor an der Waseda University
Gemeinsames Design von Siliziumnitrid und Lithiumniobat
Zum Forschungsteam gehörten Shotaro Hirata, Shingo Takano, Yu Kataoka und Ryo Shimizu von der Sumitomo Osaka Cement Co. Ltd. sowie Dr. Yuya Yamaguchi vom japanischen National Institute of Information and Communications Technology. Ihre Studie erschien am 7. Oktober 2026 im Journal of Lightwave Technology.
Der Hardware-Prototyp kombiniert einen abstimmbaren Laser mit externem Resonator und einen Modulator aus Dünnfilm-Lithiumniobat. Im Laserresonator wirken zwei Siliziumnitrid-Ringresonatoren als Vernier-Filter, um bestimmte Betriebswellenlängen auszuwählen. Der Modulator integriert ein asymmetrisches Mach-Zehnder-Interferometer, das eine eigene wellenlängenabhängige Transmissionskurve besitzt. Indem die Forscher die optische Antwort des Modulators auf die Antwort des Laserfilters abstimmten, formten sie die zurückkehrende Rückkopplung so, dass sie die Einmoden-Emission des Lasers nicht mehr stört.
Breiter Abstimmbereich und hohe Datenkapazität
Laboruntersuchungen zeigten, dass der isolatorfreie Sender über einen Betriebsbereich von etwa 67 nm eine stabile Laserleistung aufrechterhält. Der Aufbau bewahrte die Signalqualität ohne aktive Temperaturregelung, was das Wärmemanagement in dicht gepackten Racksystemen vereinfacht.
Bei der Hochgeschwindigkeitsbewertung hielt das Bauteil eine Datenübertragung von 180 Gbit/s aufrecht – die höchste im Test untersuchte Rate. Da der Sender über 67 nm abstimmbar ist, unterstützt er Wellenlängenmultiplexing, eine Technik, die mehrere Datenkanäle auf unterschiedlichen optischen Wellenlängen über eine Faser sendet. Das Design stellt wertvolles neues geistiges Eigentum dar und eröffnet einen Weg für Patentlizenzierung und Technologietransfer in Produktionslinien für optische Verbindungen der nächsten Generation.
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