Extrem breitbandiger integrierter photonisch-elektronischer Empfänger auf Siliziumsubstrat

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Manfred Berroth
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403153900

Die Bandbreite elektronischer Schaltungen ist letztendlich durch die Transitfrequenz der ver-fügbaren Transistoren begrenzt. Als Konsequenz daraus kann die außergewöhnlich hohe Übertragungskapazität optischer Übertragungssysteme nur ausgenutzt werden, indem die Elektronik massiv parallelisiert wird. Der Grundgedanke der ersten Projektphase war eine photonische Schaltung zur Vorverarbeitung, gefolgt von einer speziellen Schaltung mit Zeit-verschachtelung, um die elektrischen Signale zu de-multiplexen. Ziel der zweiten Phase im SPP2111 ist die Erweiterung der Idee zu einem voll rekonfigurierbaren, extrem breitbandigen optischen Empfänger für zwei Polarisationszustände und parallelen, analog gedemultiplexten Ausgängen. Im Gegensatz zum hybriden Ansatz aus der ersten Phase wird nun eine monoli-thisch integrierte Ein-Chip Lösung angestrebt. Die Bandbreite des Systems wird durch ver-schiedenen Schritte weiter erhöht: die optische Eingangsbandbreite soll durch weiterentwi-ckelte Gitterkoppler erhöht werden, um mehr als 50 x 200 GHz WDM-Kanäle abdecken zu können. Der Datendurchsatz wird maximiert, indem die Verstärker- und Demux-Stufen über-arbeitet werden und Polarisationsmultiplex angewendet wird. Die angestrebte Rekonfigurier-barkeit des Empfängers wird durch optische, blockierungsfreie Schaltwerke, bestehend aus verlustarmen Multimode-Interferometern und generalisierten Mach-Zehnder-Interferometern realisiert. Alle Strukturen, eingeschlossen Polarisations-Multiplex, Schaltwerk, Verstärker und analoge Demultiplexer werden auf einem Chip in der EPIC-Technologie des IHP monolithisch integriert. Aufgrund der Demultiplexer sind die Anforderungen an die analoge Bandbreite der Ausgänge entspannt, so dass nachfolgende ADCs durch Bonddrähte angeschlossen werden können.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2111: Integrierte Elektronisch-Photonische Systeme für die Ultrabreitbandige Signalverarbeitung
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Markus Grözing; Dr.-Ing. Wolfgang Vogel