Elektronische und Photonische Ko-Integration für die Terahertz-Kommunikation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ingmar Kallfass
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491277347

Der Datenverkehr über drahtlose Netzwerke folgt weiterhin einer exponentiellen Wachstumsrate. Die COVID Pandemie wird dieses Wachstum sicherlich weiter beschleunigen und einen nachhaltigen Effekt auf die Digitalisierung von wirtschaftlicher und privater Kommunikation haben. Mit Blick auf die in 2030 erwarteten ersten Mobilfunknetze der 6. Generation (6G) sollen europäische Technologien für die nächste Generation von Backbone-Verbindungsnetzen strategisch platziert werden. Aufbauend auf eine bereits bestehende enge Kooperation der Antragsteller auf diesem Gebiet schlagen wir mit der Kombination aus photonischen Technologien aus Frankreich und elektronischen Technologien aus Deutschland einen disruptiven Schritt in einem systemorientierten Ansatz für die THz-Kommunikation vor. Das SOLITONIC Projekt strebt einen Transmitter für die THz-Kommunikation bei 300 GHz mit bis zu 200 Gbit/s Datenrate an. Unter Ausnutzung der jeweiligen Vorteile photonischer und elektronischer Technologien schlagen wir eine Kombination zweier THz-Technologien mit höchster Datenrate (photonisch) und höchster Ausgangsleistung (elektronisch) vor. Dieser Ansatz wird den nutzbaren Dynamikbereich von THz Sendern erhöhen, durch den die Leistungsfähigkeit heutiger THz-Systeme wesentlich begrenzt wird. Damit soll der Stand der Technik für die Vermessung von THz-Systemen und bei THz-Übertragungsstrecken übertroffen werden. Die wesentliche Zielsetzung liegt im gezielt aufeinander abgestimmten Design von Multi-Kanal Uni-Travelling Carrier (UTC) Photodioden und breitbandigen Leistungsverstärkern auf Basis von InGaAs HEMT Technologie, um eine neue Klasse von 300 GHz Sendern zu ermöglichen. Dies umfasst die Ko-Integration von:a) beim französischen Partner (CNRS, Lille) entwickelten Multi-Kanal THz UTC-Photodioden für 300 GHz Abwärtswandlung mittels photonischen Mischens mehrerer Laserlinien, optimiert für den Frequenzbereich von 250 bis 350 GHz.b) beim deutschen Partner (Universität Stuttgart) entwickelten InGaAs HEMT basierenden Leistungsverstärkern, die eine breitbandige lineare Ausgangsleistung für Übertragungsdistanzen im km-Bereich ermöglichen.Um das volle Potential der elektronisch-photonischen Integration zu erschließen werden alle Komponenten für eine optimale Gain- und Linearitätspartitionierung und mit Interstage-Impedanzanpassung entworfen. Nach der Ko-Integration der beiden Chips setzen wir optische Vorverzerrung ein, um die Leistungsfähigkeit und Signalintegrität am Ausgang des kombinierten UTC+Verstärker Senders zu optimieren, wobei ein neuartiges optisches THz Messverfahren zum Einsatz kommt, das von den beiden Partnern in Vorarbeiten entwickelt wurde.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Guillaume Ducournau