Optoelektronischer Frequenzsynthesizer mit Femtosekunden-Diodenlaser (oFFeDi)

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Hofmann; Professor Dr.-Ing. Christoph Scheytt
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 370491995

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Projekt zielte auf die Untersuchung und Realisierung rauscharmer optoelektronischer PLL-Frequenzsynthesizer (OEPLL) mit modengekoppelten Diodenlasern als Referenzoszillatoren. Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene Ansätze für modengekoppelte Laserdiodensysteme in Bezug auf ihre Jittereigenschaften untersucht. Dabei wurde erstmals ein selbst-modengekoppelter Diodenlaser mit externem Resonator demonstriert und analysiert sowie erstmals ein Vergleich von Selbst-Modenkopplung zu passiver Modenkopplung durchgeführt. Alle untersuchten Diodenlaser lieferten jedoch Jitterwerte, die für die hier anvisierte Anwendung als optischer Referenzoszillator deutlich zu hoch sind. Des Weiteren wurde die OEPLL mathematisch und experimentell untersucht und gezeigt, dass mit rauscharmen modengekoppelten Faserlasern optoelektronische Frequenzsynthesizer auf OEPLL-Basis mit mehreren Oktaven Verstimmbereich und exzellentem Phasenrauschen realisiert werden können. Insbesondere wurden Rekordwerte im Hinblick auf den Verstimmbereich erreicht und gezeigt, dass das Phasenrauschen der OEPLL bei vergleichbarem Verstimmbereich deutlich geringer als das der besten rein elektronischen Frequenzsynthesizern ist.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Octave-Band Microwave Frequency Synthesizer Using Mode-Locked Laser as a Reference. In: 2019 International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP), S. 1-4, Ottawa, ON, Canada, Canada, 7. - 10. Okt. 2019
  Bahmanian, Meysam; Tiedau, Johannes; Silberhorn, Christine; Scheytt, Christoph
  
• Theory of an Optoelectronic Microwave Phase-locked Loop based on a MLL reference and MZM-based Optoelectronic Phase Detection. In: Modellierung photonischer Komponenten und Systeme, Meiningen, Deutschland, Jan. 2019
  Bahmanian, Meysam; Scheytt, Christoph
  
• Amplitude noise and RF response analysis of 1 GHz mode-locked pulses from an InP- based laser chip at 1550 nm. 2020 IEEE Photonics Conference (IPC), Vancouver, BC, Canada, IEEE
  M. A. Alloush, M. van Delden, A. Bassal, C. Brenner, T. Musch, M. C. Lo, L. Augustin, R. Guzmán, G. Carpintero, M. R. Hofmann
  
• Comparison of self-mode-locking in monolithic and external cavity diode laser at 1550 nm. Proceedings SPIE Photonics West Volume 11301, Novel In-Plane Semiconductor Lasers XIX; 113011T (2020)
  M. A. Alloush, A. Bassal, C. Brenner, C. Fortin, K. Mekhazni, K. Mekhazni, C. Calò, M.R. Hofmann
  
• Femtosecond RMS timing jitter from 1 GHz InP on-chip mode-locked laser at 1550 nm. Conference on Lasers and Electro-Optics / Pacific Rim 2020, Sydney Australia, OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2020), paper C4C_2
  M. A. Alloush, A. Bassal, C. Brenner, M. C. Lo, R. Guzmán, L. Augustin, G. Carpintero, M. R. Hofmann
  
• Self-mode-locking and chirp compensation in an external cavity diode laser at 1550 nm. Proceedings SPIE Photonics Europe Volume 11356, Semiconductor Lasers and Laser Dynamics IX; 113560H (2020)
  M. A. Alloush, A. Bassal, C. Brenner, C. Fortin, K. Mekhazni, P. Gamarra, C. Calò, M.R. Hofmann
  
• Ultra-Low Phase Noise Frequency Synthesis for THz Communications Using Optoelectronic PLLs. In: International Workshop on mobile THZ Systems (IWMTS), 2. - 3. Jul. 2020 IWMTS
  cheytt, Christoph; Wrana, Dominik; Bahmanian, Meysam; Kallfass, Ingmar
  
• Wide- Band Frequency Synthesizer with Ultra-Low Phase Noise Using an Optical Clock Source. In: 2020 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (IMS), Los Angeles, CA, USA, USA, 4. - 6. Aug. 2020, IEEE
  Bahmanian, Meysam; Fard, Saeed; Koppelmann, Bastian; Scheytt, Christoph
  
• A 2-20-GHz Ultralow Phase Noise Signal Source Using a Microwave Oscillator Locked to a Mode-Locked Laser. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 69(3): S. 1635-1645, Mrz. 2021
  Bahmanian, Meysam; Scheytt, Christoph
  
• Femtosecond pulse generation from external cavity diode laser based on self-mode-locking. Optics Letters - Vol. 46, Issue 2, pp. 344-347 (2021)
  Mohammad Ali Alloush, Carsten Brenner, Cosimo Calo, Martin R. Hofmann
  
• Passive- and self-mode-locking based ultrashort pulse generation in monolithic diode laser at 1550 nm. SPIE Photonics West Digital Forum, 06.-11.03. 2021
  M.A. Alloush, N. Kleemann, L. Braun , C. Brenner, M. Zander, W. Rehbein, M. Moehrle, M. R. Hofmann
  
• RF Analysis of a Sub-GHz InP-Based 1550 nm Monolithic Mode-Locked Laser Chip. IEEE Photon. Technol. Lett. 33, 828 (2021)
  M. A. Alloush, M. van Delden, A. Bassal, N. Kleemann, C. Brenner, M.-C. Lo, L. Augustin, R. Guzman, T. Musch, G. Carpintero, and M. R. Hofmann