Mittelinfrarot-Phasenmodulatoren für optische Freiraumkommunikation

• Antragsteller: Professor Mikhail Belkin, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568721130

Optische Freiraumkommunikation im mittleren Infrarot-Transparenzfenster (Wellenlängenbereiche von 4–5 μm und 8–14 μm) entwickelt sich zu einer praktikablen Lösung für die Datenübertragung mit hohen Bitraten. Dank der hohen Leistungsfähigkeit von Quantenkaskadenlasern erweist sich die unipolare Quantenoptoelektronik als die Technologie der Wahl für die Datenübertragung. Unipolare Quantenbauelemente zeichnen sich durch eine hohe Frequenzantwort aus, die auf ihre kurze (~ ps) Lebensdauer des angeregten Zustands zurückzuführen ist. Kürzlich demonstrierten zwei Mitglieder dieses Konsortiums (LPENS und Telecom) die Freiraumkommunikation bei 9 μm Wellenlänge mit einer Rekordbitrate von 70 Gbit/s unter Verwendung eines Amplitudenmodulators. Ein zukünftiger wichtiger Meilenstein für die unipolare Quantenoptoelektronik ist das Phasenmultiplexverfahren, das durch Phasenmodulatoren und stabilisierte kohärente Detektion ermöglicht wird. Darüber hinaus ermöglicht die Integration solcher Bauelemente in photonische integrierte Schaltkreise die Realisierung kompakter Systeme für die Freiraumoptik. Die TUM hat kürzlich gezeigt, dass sich die InP-Plattform sehr gut für die Integration eignet, da intrinsisches InP und gitterangepasstes InGaAs auf InP im mittleren Infrarot-Transparenzfenster transparent sind, da in diesen Materialien eine geringe Hintergrunddotierung (unter 10^15 cm^−3) erreicht werden kann. Das ehrgeizige Ziel von doreMIPHASOL ist es, einen Beitrag zur Freiraumoptik im 4-5-µm-Transparenzfenster zu leisten, indem folgende Entwicklungen realisiert werden: a) Ein in eine Wellenleitergeometrie integrierter Phasenmodulator zur Demonstration eines Mach-Zender-Interferometers; b) Ein mit einem Quantenkaskadenlaser integrierter Detektor zur Schaffung eines Heterodyn-Empfängers. Die Datenkommunikation erfolgt über diese beiden Systeme. Das Konsortium verfügt über alle erforderlichen Kompetenzen für den erfolgreichen Abschluss des Projekts.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Frédéric Grillot, Ph.D.; Professor Carlo Sirtori, Ph.D.