Für die Informationsgesellschaft ist der schnelle Austausch von stetig wachsenden Datenmengen zu einem elementaren Bedürfnis geworden.
Jeder, der zu Hause vor seinem Rechner sitzt und per Internet eine beliebige Seite in der Welt anklickt, möchte nicht lange warten, um die
gebotenen Inhalte zu sehen. Während auf längeren Strecken die Datenpakete zügig über optische Glasfaserverbindungen laufen, gleicht die
Abzweigung zum Endanwender immer noch einem Umstieg vom Überschalljet in ein Leichtflugzeug. Hier quälen sich die Informationen meist
über antiquierte Kupferkabel und benötigen zudem spezielle Konverter, die aus den optischen Impulsen elektrische Signale formen.
Eine direkte Anbindung des Endanwenders an den optischen Datenhighway erschien bislang nicht möglich, da die massenhafte Verbreitung
entsprechender
Lasersysteme als viel zu teuer galt. Mit einem am Walter Schottky Institut (WSI) der
TU München in Garching entwickelten
neuartigen Halbleiterlaser könnte sich das jedoch bald ändern. Diese spezielle Ausführungsform emittiert das Laserlicht nicht über die
Spaltkanten des Chips, sondern senkrecht zur Waferebene. Mit diesen "Vertical-cavity surface-emitting laser" (VCSEL) genannten Lasern ist
eine drastische Senkung der Herstellungskosten verbunden. Die Bauelemente können in hoher Packungsdichte auf einer Halbleiterscheibe
hergestellt und ohne Vereinzelung vorab getestet werden.
Hinzu kommt der Wegfall optischer Korrekturglieder bei der Einkopplung in Glasfasern sowie ihr geringer Energieverbrauch bei gleichzeitig
hohen Wirkungsgraden. Obwohl VCSEL bereits seit Längerem kommerziell verfügbar sind und unter den Halbleiterlasern - die am meisten
verbreitete Laserform - eine dominierende Stellung einnehmen, sind die bisherigen Bauelemente nur eingeschränkt tauglich. Bei ihnen beträgt
die Emissionswellenlänge 850 nm, die Übertragungsdistanzen sind auf einige hundert Meter begrenzt.
Bei den am WSI entwickelten Lasern handelt es sich dagegen um
Laser mit Emissionswellenlängen um 1.55 µm, exakt die Wellenlänge, die
in den optischen Glasfasernetzen Verwendung findet. Sie weisen hier ein Dämpfungsminimum auf, Distanzen von bis zu 100 km sind ohne
zusätzliche Verstärkerstufen überbrückbar.
Nach Aussagen der Garchinger Wissenschaftler lag das
Hauptproblem bislang in einer zu großen Erwärmung der Laser, welche die geforderte Ausgangsleistung selbst bei niedrigen Temperaturen
verhinderte. Der Durchbruch gelang den Forschern am WSI unter anderem durch den Einsatz spezieller Halbleiterstrukturen, die zum Teil
gezielt quantenmechanische Effekte nutzen. Außerdem durch eine neuartige Bauform, die die Erwärmung drastisch reduziert und
Laserkenndaten ermöglicht, die erstmals anwendungstauglich sind und teilweise um Größenordnungen über denen anderweitig verfolgter
Konzepte liegen.
Obwohl die optische Telekommunikation über Glasfasern für diese neuen Laser das mit Abstand größte Marktpotential bietet, könnten nach
Ansicht der Garchinger Wissenschaftler in naher Zukunft langwellige VCSEL in vielen anderen Bereichen als Schlüsselkomponenten dienen.
Als Beispiele nennen sie hier optische Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten eines Computers. Der Datenaustausch würde so
wesentlich beschleunigt. Die extrem kleinen Versorgungsspannungen des am WSI demonstrierten VCSEL seien mit der angepeilten Senkung
des Leistungskonsums zukünftiger Chipgenerationen am ehesten vereinbar. Zudem biete die größere Wellenlänge einen besseren Schutz der
Augen. Als weiteren wichtigen Punkt sehen die Entwickler Anwendungen im Bereich der Gassensorik, da viele Spurengase Resonanzlinien
im entsprechenden Wellenlängenbereich haben. Die Existenz preisgünstiger optischer Nachweissysteme sei ein wesentlicher Faktor in der
immer wichtiger werdenden
Umweltanalytik.