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Foto: Heinz Nixdorf Institut

PONyDAC (Präziser Optischer Nyquist-Puls-Synthesizer DAC)

Breitbandige Digital-Analog-Wandler (DACs) stellen eine wesentliche Komponente moderner Signalverarbeitungssysteme dar. Breitbandige DACs werden in einer Vielzahl von Anwendungen, wie Messgeräten, mm-Wellen- und THz-Kommunikation, leitungsgebundener Kommunikation über Kupferleitungen oder Glasfasern usw. verwendet, wobei häufig die Bandbreite und/oder Auflösung des DACs die Systemeigenschaften wesentlich bestimmt. Photonische DACs ermöglichen Bandbreiten, die weit jenseits der Bandbreite von elektronischen DACs liegen. Häufig werden für photonische DACs modengekoppelte Laser (mode-locked-laser, MLL) vorgeschlagen, deren optische Pulsfolgen mit einem digitalen Signal moduliert werden. Auf diese Weise können extrem breitbandige digital modulierte Signale erzeugt werden. Ein Nachteil dieser Lösung ist die zwar sehr hohe, aber schwierig zu begrenzende Bandbreite des Signals. Wir argumentieren, dass ein DAC, der in anspruchsvollen Systemanwendungen, wie z.B. der drahtlosen Kommunikation oder der Glasfaserkommunikation auf Basis von dichtem Wellenlängen-Multiplex, eingesetzt werden soll, nicht einfach nur ein möglichst breitbandiges, sondern vielmehr ein möglichst genau begrenztes Ausgangsspektrum aufweisen muss. In der Signaltheorie erzeugt ein idealer DAC aus einer gewichteten Pulsfolge mittels eines Tiefpassfilters mit rechteckiger Übertragungsfunktion ein Ausgangssignal, dessen Pulse der sinc-Funktion entsprechen. Genaue sinc-Pulse sind mit konventionellen breitbandigen optischen Pulsquellen, wie einem MLL nur sehr schwer erzeugbar. Wir schlagen ein neues Konzept für einen photonischen DAC vor, den PONyDAC (Precise Optical Sinc-shaped Nyquist Pulse Synthesizer DAC), der eine präzise Nyquist-Pulse-Synthese mit einem parallel-zeitversetzten DAC-Konzept verbindet. Das Konzept ist kompatibel mit einer Integration in Siliziumphotonik-Technologie und benötigt keinen MLL. In System-Experimenten mit diskreten optischen Komponenten zielen wir auf die präzise Erzeugung von Nyquist-Puls-Folgen mit über 500 GHz Bandbreite ab. Darüber hinaus soll der photonische DAC auf Basis von elektronisch-photonischen integrierten Schaltungen (EPICs) in Silizumphotonik-Technologie implementiert werden, wobei die Vorteile der Ko-Integration von schnellen Silizium-Germanium-Heterobipolar-Transistoren mit einer SOI-basierten Siliziumphotonik-Technologie ausgenutzt werden sollen.

Professor Dr.-Ing. Christoph Scheytt
Universität Paderborn
Heinz Nixdorf Institut
Fachgruppe Schaltungstechnik

Professor Dr. Thomas Schneider
Technische Universität Braunschweig
Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik, Physik
Institut für Hochfrequenztechnik