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Foto: Heinz Nixdorf Institut

Extrem breitbandiger integrierter photonisch-elektronischer Empfänger auf Siliziumsubstrat

Im Allgemeinen wird die Signalverarbeitung mittels elektronischer Schaltungen bewerkstelligt, deren Bandbreite jedoch durch die Transitfrequenz heute verfügbarer Transistoren begrenzt ist. Daher begrenzen elektronische Schaltungen die zukünftigen Systeme der Nachrichtentechnik grundlegend. Als Konsequenz kann die extreme Bandbreite und Übertragungskapazität von optischen Systemen nur durch massiv parallelen Einsatz elektronischer Schaltungen ausgenutzt werden. Die grundlegende Idee dieses Antrages ist ein photonischer Chip zur Vorverarbeitung, gefolgt von einer speziellen elektronischen Demultiplexer-Schaltung mit Zeitverschachtelung.Im Empfänger wird dabei ein mehr als 1 THz breites optisches Band durch entsprechende Filter in viele Frequenzbänder unterteilt. Das kann zum Beispiel von einem Arrayed Waveguide Grating (AWG) Filter bewerkstelligt werden. Der Ansatz in diesem Antrag ist die zusätzliche Verwendung eines Selektors in Form von Phasenschiebern zwischen zwei Multimoden-Interferometern (MMIs), um einen speziellen Wellenlängenkanal elektronisch mit wenig Leistung und hoher Schaltgeschwindigkeit auszuwählen. Der entstehende Baustein kann ebenfalls als optisches Schaltnetzwerk verwendet werden. Wenn man das vorgeschlagene Konzept mit MMIs und stimmbaren Phasenschiebern benutzt und zu einem M x M Schaltnetzwerk hochskaliert, ermöglicht das ein elektrisch gesteuertes Hochgeschwindigkeits-Schaltnetzwerk mit geringeren Zusatzverlusten als bei der Realisierung mit kaskadierten 2 x 2-Schaltern. An der Schnittstelle zu der digitalen Elektronik wird die Bandbreite durch die Kette aus Fotodetektor, Transimpedanz-Verstärker und Analog-Digital-Wandler (ADC) begrenzt. Um von der höheren Bandbreite des Fotodetektors und Transimpedanz-Verstärkers zu profitieren, ermöglicht eine spezielle stromdemultiplexende Schaltung den parallelen Betrieb von mehreren ADCs. Wir schlagen die Realisierung dieser Demultiplexer-Schaltung als stromsteuernde Folge-Halteschaltung mit Gesamtabtastraten von mehr als 100 GS/s vor. In Verbindung mit dem Wellenlängen-(De-)Multiplex-Verfahren ermöglicht diese Lösung Bandbreiten von einigen THz.

Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth
Universität Stuttgart
Institut für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik (INT)