Hybrid integrierte photonisch-elektronische Systeme (HIPES)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Koos; Professor Dr.-Ing. Thomas Zwick
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 383043731

Der in den letzten Jahren ständig gestiegene Datenverkehr verlangt nach immer schnelleren Übertragungssystemen, die sich nur durch die gezielte Kombination photonischer und elektronischer Ansätze realisieren lassen. Auf technologischer Ebene führt dies zu Systemkonzepten, die eine Vielzahl photonischer und elektronischer Einzelelemente umfassen und diese über breitbandige Schnittstellen miteinander verbinden. Neben der Bandbreite eines einzelnen Übertragungssystems rückt aber auch die Skalierbarkeit der Ansätze zunehmend in den Mittelpunkt des Interesses. So müssen beispielsweise für die Kommunikation in Großrechneranlagen und Datenzentren Tausende von optischen Übertragungssystemen möglichst effizient und kompakt realisiert und an elektronische Rechen- und Speichersysteme angebunden werden. In diesem Zusammenhang werden grundlegend neue Ansätze für hochintegrierte photonisch-elektronische Systeme benötigt, die sich nicht durch eine einfache Weiterentwicklung aus existierenden Ansätzen ableiten lassen.Offensichtlich ist, dass das klassische Systemkonzept, bestehend aus der Kombination einer Vielzahl diskreter Einzelelemente in separaten Gehäusen (engl. Packages), die oben genannten Anforderungen auf Dauer nicht erfüllen kann. Deshalb begannen mehrere Einrichtungen weltweit in den letzten Jahren mit der Entwicklung vollständig monolithisch integrierter Systeme. Die sehr hohe Komplexität und die Festlegung auf ein gemeinsames Materialsystem für alle Systemkomponenten führt nicht selten zu Einbußen bei der Leistungsfähigkeit und im Hinblick auf die Ausbeute (engl. Yield).Ziel des vorliegenden Projektes ist die Erforschung und Demonstration neuartiger hybrider Konzepte für photonisch-elektronische Systeme mit sehr hohen Bandbreiten, die auf dem Prinzip der Multi-Chip-Integration beruhen. Dabei werden photonische und elektronische Systeme auf verschiedenen, auf das jeweilige Bauteil optimierten Integrationsplattformen realisiert und anschließend auf Chip-Ebene miteinander kombiniert. Im Fokus des Projektes steht dabei das Co-Design photonischer Modulatorchips und elektronischer Treiberschaltungen zusammen mit Konzepten für breitbandige elektronische Schnittstellen. Der Ansatz vereinigt die Skalierbarkeit monolithisch integrierter Ansätze mit der Flexibilität, Leistungsfähigkeit und Ausbeute diskret aufgebauter Systeme. Zudem ermöglicht das Konzept neue Freiheitsgrade in der Impedanzanpassung der elektrischen Treiberverstärker an den optischen Modulator, die zu einer starken Verringerung der Leistungsaufnahme führen werden. Die Demonstration und Verifikation des neuen Konzepts ist anhand eines mehrkanaligen Sendermoduls geplant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen