Durch Injektion von Elektronen mit ausgewähltem Spin lassen sich mit hableiterbasierten Mikrolasers Modulationsgeschwindigkeiten erreichen, die jedem konventionellen Laser weit überlegen sind.

Relaxationsoszillationen wie in (a) gezeigt markieren die maximal erreichbare Geschwindigkeit in konventionellen Halbleiterlasern. Durch Verwendung von Elektronen mit ausgewähltem Spin werden Oszillationen in der Polarisation des Lichtfeldes erzeugt, die viel schneller sein können als die Relaxationsoszillationen (b). Da die Oszillationsdauer einfach über den Strom eingestellt werden kann (c) sind solche Spin-Laser perfekt für die optische Datenübertragung geeignet.

Bochumer Elektrotechnikern ist es gelungen, ein neues Konzept für ultraschnelle Halbleiterlaser zu entwickeln. Forscher der RUB nutzen dabei die Eigendrehbewegung von Elektronen, den sogenannten Spin, geschickt aus, um die bisherigen Barrieren für die Geschwindigkeit erfolgreich zu durchbrechen. Die neuen Spin-Laser haben das Potenzial zukünftig Modulationsfrequenzen deutlich über 100 GHz zu erreichen. Das ist ein entscheidender Schritt zur Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung z.B. für das Internet von morgen.

Bochumer Elektrotechnikern ist es gelungen, ein neues Konzept für ultraschnelle Halbleiterlaser zu entwickeln. Forscher der RUB nutzen dabei die Eigendrehbewegung von Elektronen, den sogenannten Spin, geschickt aus, um die bisherigen Barrieren für die Geschwindigkeit erfolgreich zu durchbrechen. Die neuen Spin-Laser haben das Potenzial zukünftig Modulationsfrequenzen deutlich über 100 GHz zu erreichen. Das ist ein entscheidender Schritt zur Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung z.B. für das Internet von morgen. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in der renommierten Zeitschrift „Applied Physics Letters“ des American Institute of Physics.

Optische Datenübertragung: Die Basis unserer Informationsgesellschaft
Die optische Datenübertragung durch Halbleiterlaser ist eine Grundvoraussetzung für die global vernetzte Welt und die heutige Informationsgesellschaft. Der immer größere Vernetzungsgrad und der Wunsch, größere Datenmengen austauschen zu können, bilden die Triebfeder für die Entwicklung immer schnellerer optischer Datenübertragungssysteme. Die maximale Geschwindigkeit herkömmlicher Halbleiterlaser war dabei lange ein begrenzender Faktor – typische Modulationsfrequenzen liegen derzeit bei Werten deutlich unter 50 GHz.

Über 100 GHz möglich: Eine Barriere wackelt
Durch Verwendung von Spin-Lasern konnten die Bochumer Forscher die bisherigen Grenzen für die Modulationsgeschwindigkeit überwinden. Während in konventionellen Lasern die Eigendrehrichtung der injizierten Elektronen völlig willkürlich ist, werden bei den Spin-Lasern nur Elektronen mit vorher festgelegtem Spinzustand verwendet. Durch die Injektion dieser spinpolarisierten Elektronen wird der Laser dazu gezwungen, auf zwei Lasermoden unterschiedlicher Frequenz gleichzeitig zu arbeiten. „Dieser Frequenzunterschied lässt sich leicht durch die sogenannte Doppelbrechung im Resonator einstellen, zum Beispiel indem man den Mikrolaser einfach verbiegt“, sagt Dr. Nils Gerhardt. Durch die Kopplung der beiden Lasermoden im Mikroresonator entsteht eine Schwingung mit neuer Frequenz, die theoretisch weit über 100 GHz erreichen kann. Ihre Ergebnisse erzielten die Forscher um Dr. Gerhardt im Sonderforschungsbereich 491 der Universitäten Bochum und Duisburg-Essen („Magnetische Heteroschichten: Spinstruktur und Spintransport“).

Mehr Informationen

http://www.ptt.rub.de Veröffentlichung N.C. Gerhardt, M.Y. Li, H. Jähme, H. Höpfner, T. Ackemann, and M.R. Hofmann: „Ultrafast spin-induced polarization oscillations with tunable lifetime in vertical-cavity surface-emitting lasers“, Appl. Phys. Lett. 99, 151107 (2011), DOI: 10.1063/1.3651339 Paper im Internet: http://apl.aip.org/resource/1/applab/v99/i15/p151107_s1