Lithiumtantalat und Massenproduktion
Modulator bringt Fortschritt bei lichtbasierter Datenübertragung
Datenübertragung am Limit – ein neuer elektrooptischer Modulator verbindet hohe Datenraten mit massentauglicher Fertigung und könnte ein wichtiger Meilenstein für die Übertragung der wachsenden Datenmengen in Rechenzentren und KI-Anwendungen sein.
Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) haben einen neuen elektrooptische Modulator entwickelt, der Daten effizient durch Glasfaserkabel schickt und sich kostengünstig und in großen Stückzahlen herstellen lässt. Das Fertigungsverfahren basiert auf Standard-Halbleiterprozessen.
Lichtmodulatoren wandeln elektrische Signale in Lichtimpulse um – sie bilden schon heute die Grundlage für schnelles Internet und sind ideal für Anwendungen mit riesigen Datenströmen, wie beim Training mit Künstlicher Intelligenz.
Das Besondere: Die Forschenden kombinieren erstmals Lithiumtantalat – ein Material, das Licht besonders gut lenkt und als Herzstück des Modulators dient – mit einer bewährten Chip-Fertigungstechnik. Bisher wurden die beiden Technologien nicht gemeinsam eingesetzt, doch nun ermöglichen sie erstmals eine zuverlässige Massenproduktion.
Den neuen Modulator kann man nicht nur einfacher herstellen, sondern ihn auch in bereits vorhandene elektronische Systeme einbauen. »Der entscheidende Fortschritt liegt in den Kupferelektroden und in der Art, wie wir sie herstellen«, erklärt Professor Christian Koos, Leiter des Instituts für Photonik und Quantenelektronik (IPQ) des KIT. Denn Kupfer leitet Signale besser als das bislang verwendete Gold und ermöglicht zugleich sehr glatte Oberflächen. Dadurch arbeitet das Bauteil zum einen effizienter, weil weniger Energie verloren geht. Zum anderen lassen sich die Kupferelektroden in einem Verfahren herstellen, das in der optischen Chipfertigung bereits millionenfach erprobt ist. Im Gegensatz zu früheren Verfahren entsteht dabei eine fast spiegelglatte Oberfläche, über die sich optische Mikrochips leicht mit elektronischen Chips verbinden lassen.
400 Gigabit pro Sekunde
Tests des KIT‑Teams zeigen: »Der Modulator ermöglicht höchste Datenraten und läuft vor allem stabil – ohne dass wir die Einstellungen immer wieder korrigieren müssen«, beschreibt Alexander Kotz, ebenfalls vom IPQ. Das ist ein großer Fortschritt, denn ständiges Nachjustieren im Dauerbetrieb ist aufwendig, verkompliziert die Übertragungssysteme und verbraucht Energie – ein besonders kritischer Punkt beim millionenfachen Einsatz solcher Bauteile in Rechenzentren und KI-Clustern.
Der Modulator erreicht Datenraten von über 400 Gigabit pro Sekunde – das entspricht der gleichzeitigen Übertragung von rund 80 000 HD-Streams (bei 5 Megabit pro Sekunde) oder dem Versenden von acht kompletten HD-Filmen.
Datenübertragung am Limit
»Wir arbeiten an der Grenze dessen, was heute technisch möglich ist – mit einer leistungsfähigeren Ansteuerelektronik könnten wir die Datenraten sogar noch steigern«, erklärt Kotz.
Schnell, sparsam, zuverlässig und industriell massenhaft herstellbar – diese Mischung macht die Technologie attraktiv, besonders für Rechenzentren und KI-Cluster, die schon heute unter Engpässen im Datenaustausch zwischen den Prozessoren leiden.
- Originalpublikation: Lin, M., Li, Z., Kotz, A. et al. Copper damascene process-based high-performance thin-film lithium tantalate modulators. Nat Commun (2026)
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