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Foto: Heinz Nixdorf Institut

Ultra-breitbandige Wellenformerzeugung mit aktiv stabilisierten hybrid-photonisch-elektronischen Schaltkreisen - Phase 2

GOSPEL-2 zielt auf die Erforschung, Implementierung und Demonstration eines neuartigen Konzepts zur Erzeugung von beliebigen ultra-breitbandigen Wellenformen im optischen oder THz-Frequenzbereich ab und überwindet damit die Grenzen aktueller Digital-Analog-Wandler (DAC). Das Konzept erlaubt eine massive spektrale Parallelisierung herkömmlicher DAC-Schnittstellen durch phasenkorrektes Interleaving optischer Wellenformen, die auf die Töne eines optischen Frequenzkamms aufmoduliert werden. Aufbauend auf neu konzipierten Schemata aus der ersten Förderperiode wollen wir nun die Erzeugung von Wellenformen mit einer Gesamtbandbreite von mehr als 300 GHz demonstrieren und einen integrierten Signalgenerator realisieren, der neue photonische integrierte Schaltungen mit HF-Elektronik in einem Modul im Chipmaßstab kombiniert. Die wichtigste konzeptionelle Herausforderung bei Systemen zur Erzeugung beliebiger optischer Wellenformen (OAWG) ist die Phasenkontrolle, die für eine präzise kohärente Kombination verschiedener Teilsignale erforderlich ist. In der ersten Phase des Projekts haben wir ein neuartiges Konzept zur Realisierung dieser Phasenkontrolle entworfen und die Synthese einer 200 GHz breiten optischen Wellenform aus zwei Teilsignalen erfolgreich demonstriert. In der nächsten Förderperiode wollen wir diese Idee nun ausbauen und zur Realisierung eines integrierten Signalgenerator-Moduls nutzen. Dazu werden neue photonische integrierte Schaltkreise benötigt, die über neuartige, dicht nebeneinanderliegende breitbandige HF-Schnittstellen nahtlos mit HF-Treiberschaltungen verbunden sind. Gleichzeitig werden wir die Anzahl der Teilsignale von zwei auf vier erhöhen und damit eine Gesamtbandbreite von über 300 GHz erreichen. Im Rahmen des Projekts werden wir ein neues Modell zur quantitativen Vorhersage der Leistung unseres Systems entwickeln, die zugrundeliegenden integrierten photonischen Schaltungen und HF-Strukturen entwerfen und implementieren, eine hybride integrierte photonisch-elektronische Signalgeneratorplattform implementieren und die Machbarkeit des Schemas für die Erzeugung von ultra-breitbandigen optischen Wellenformen experimentell demonstrieren. Wir werden die Abwärtskonvertierung der optischen Wellenformen in den THz-Frequenzbereich durch ultraschnelle Uni-traveling-carrier (UTC)-Photodioden im Rahmen einer Zusammenarbeit mit einer international führenden Gruppe weiter untersuchen. Basierend auf einem experimentell verifizierten quantitativen Modell unseres Systems werden wir schließlich die Bandbreiten-Skalierbarkeit unseres Schemas analysieren und das Potenzial der Synthese von Wellenformen mit THz-Bandbreiten bewerten. Wir erwarten, dass die Inhalte von GOSPEL-2 sowohl für den Bereich der ultrabreitbandigen photonisch-elektronischen Wellenformsynthese als auch für den Bereich der optischen Kommunikation von hoher Relevanz sein werden, wo rasterlose softwaredefinierte optische Sender eine dynamische Bandbreitenzuweisung ermöglichen könnten

Professor Dr.-Ing. Christian Koos

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Photonik und Quantenelektronik (IPQ)
Engesserstraße 5
76131 Karlsruhe

Professor Dr.-Ing. Thomas Zwick

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Hochfrequenztechnik und Elektronik (IHE)
Kaiserstraße 12
76131 Karlsruhe