DFG-Schwerpunktprogramm SPP2111
Elektronisch-photonische Signalverarbeitung mit nanophotonischen/-elektronischen ICs
Im Schwerpunktprogramm „Integrierte elektronisch-photonische Systeme für die ultrabreitbandige Signalverarbeitung“ (SP2111) erforschen Forschergruppen aus deutschen Universitäten sowie Fraunhofer- und Leibnizinstituten neue elektronisch-photonische Systeme auf Basis der Siliziumphotonik-Technologie. Das Schwerpunktprogramm wird von der DFG mit insgesamt 14 Millionen Euro gefördert und von Professor Christoph Scheytt koordiniert.
„Die Forschung an neuartigen nanophotonisch-nanoelektronischen Schaltungen und Systemen wird nicht nur die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit erhöhen und neuartige Systeme ermöglichen, sondern auch die Energieeffizienz erheblich verbessern und so zur Schonung der natürlichen Ressourcen beitragen.”
Siliziumphotonik ermöglicht die Kombination von nanophotonischen Schaltungen (optische Wellenleiter, Filter, Schalter, Modulatoren, Detektoren) mit integrierten elektronischen Schaltungen (Prozessoren, Speicher, Hochfrequenzelektronik u.a.). Die Kombination von komplexer Elektronik und miniaturisierter Photonik auf einem Chip ermöglicht völlig neue Systeme für die Signalverarbeitung und Kommunikation. Der SPP befindet sich in der zweiten Phase (2022 bis 2025).
Im Projekt PACE (Photonically-Assisted Ultrabroadband Analog to Digital Converter) werden elektrooptische Analog-Digital-Wandler mit extrem hohen Bandbreiten entwickelt. Hier ist es gelungen, ein System zu entwickeln, das Daten mit einer Rekorddatenrate von 600 Gbit/s mittels Quadraturamplitudenmodulation (16 QAM, 100 Gbd) verarbeiten kann. Das Ergebnis wurde 2022 auf der Optical Fiber Conference (OFC) in San Diego, USA, vorgestellt. Derzeit arbeitet das Konsortium an der weiteren Erhöhung der Bandbreiten und Datenraten.
Im Projekt PoNyDAC (Precise Optical Nyquist Pulse Digital to Analog Converter) ist es das Ziel, einen photonischen Digital-Analog-Wandler zu realisieren. Hier wurde eine neue Theorie entwickelt, die es ermöglicht, erstmals mit einem analytischen Modell die Bandbreite und Auflösung (effective number of bits, ENOB) aus dem Rauschverhalten und der Nichtlinearität der Komponenten genau abzuschätzen. Weitere Arbeiten betrafen die Entwicklung schneller Teilkomponenten in Siliziumphotonik-Technologie, um dann eine vollintegrierte Schaltung des photonischen Digital-Analog-Wandlers in Siliziumphotonik-Technologie zu realisieren. Das Foto zeigt einen Siliziumphotonik-Chip mit zwei Modulatoren, die zur Pulserzeugung für die Ausgangssignale im photonischen Digital-Analog-Wandler genutzt werden.
