Integrierte Lösungen für mit optischem orbital angular momentum gemultiplexte Transceiver

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Plettemeier
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405632792

Das vorgeschlagene Projekt beschäftigt sich mit integrierten Lösungen mit Transceivern, die Multiplexing durch optischem orbital angular momentum (OAM) betreiben sollen. Diese Art von Übertragungstechnik ist eine attraktive Möglichkeit, die Kapazität optischer Kommunikationssysteme weiter zu erhöhen.Im letzten Jahrzehnt wurde die Kapazität der Singlemode-Faser erhöht, indem kohärente Übertragungssysteme zusammen mit fortschrittlichen Modulationsformaten (DP-QPSK, QAM) angewandt und von Standard-DWDM-Kanälen zu optischen Superchannels übergegangen wurde. Dennoch ist die Übertragungskapazität der Standardfaser durch das nichtlineare Shannon-Limit begrenzt. Um diesen Flaschenhals zu überwinden, hat Raummultiplex (SDM) signifikantes Forschungsinteresse erfahren. Bei Wahlfreiheit der Basismoden, die als orthogonale Signalträger fungieren, ist es sinnvoll, dafür Vortex-Moden einzusetzen. Sie bieten eine im Vergleich höhere Konversionseffizienz am (De-)Multiplexer.Momentan erfolgt die Generierung, Modulation und Detektion der optischen Vortices mit einzelnen optischen Elementen. Um OAM-basierte Übertragungstechniken in industriellen Anwendungen effektiv nutzen zu können, müssen sie zuverlässig funktionieren, was mit diskreten Elementen schwierig zu realisieren ist. Daher ist der nächste wichtige Schritt zu robusten, energie- und kosteneffizienten OAM-basierten Informationssystemen die Entwicklung kompakter integrierter optischer Komponenten. Diese sollten auf dem Chip die Generierung, Übertragung und Verarbeitung von optischen Vortices erlauben und damit den Weg dieser Multiplex-Technologie auch für Kurzbereichskommunikation ebnen. Der Herstellungsprozess solcher Komponenten sollte kompatibel mit existierenden Lithographie- und Mikrobearbeitungsprozessen sein.Für die integrierten Sender und Empfänger sollen Kernkomponenten wie der Raum-(De-)-Multiplexer (SMUX) als photonisch integrierte Schaltung in industriell verfügbaren Herstellungsprozessen realisiert werden. Elektronisch-photonisch integrierte Schaltkreise (EPIC) erlauben die Kointegration dieser (passiven) photonischen Schaltungen und Hochfrequenzelektronik wie Photodioden und auch Transimpedanzverstärkern basierend auf SiGe-Technologie. Daher ist die Hauptherausforderung der vorgeschlagenen Arbeiten die effektive Realisierung der Baugruppen basierend auf photonisch integrierten Schaltungen.Wir schlagen die Entwicklung eines Senders auf Basis eines integrierten OAM-Emitters vor sowie einen vollintegrierten on-chip-Empfänger. Das entsprechende Design wird auf Grundlage der Analyse verfügbarer Herstellungsplattformen und detaillierter Simulationen möglicher integrierter Mikrostrukturen durchgeführt. Die produzierten integrierten Baugruppen sollen experimentell charakterisiert werden, um ihre Funktionalität zu bestätigen. Darüber hinaus sollen Systemexperimente mit unmodulierten und modulierten optischen Kommunikationssignalen unterschiedlicher Modulationsformate durchgeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Albert Sultanov