Das Institut für Hochfreqeunztechnik betreibt Forschung im Rahmen verschiedener nationaler und internationaler Projekte. Die Forschungsfelder umfassen dabei die ganze Bandbreite von der Grundlagenforschung bis hin zur Vorentwicklung der technischen Lösungen.
NyPhE - Nyquist Silicon Photonics Engine
Die Umwandlung von digitalen in analoge Signale (DAC) ist eine der wichtigsten Grundfunktionen der Signalerzeugung, begrenzt durch die Geschwindigkeit der Elektronik. Diese Grenze kann durch die Verwendung von optischen Technologien überwunden werden. Ziel des Projekts ist es, ein photonisches DAC-Konzept zu entwickeln, das auf der Erzeugung und zeitlichen Verschachtelung von breitbandigen, sinc-förmigen Nyquistpulsen basiert. Mit der BiCMOS Technologie des IHP soll ein voll integrierter photonischer DAC Chip realisiert werden, der ein Vielfaches der Bandbreite heutiger elektronischer Systeme erreicht. Das Forschungsprojekt wird gemeinsam mit der Universität Paderborn durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 2111 Elektronisch-Photonische Integrierte Systeme für die Ultraschnelle Signalverarbeitung gefördert.
PONyDAC - Precise Optical Nyquist Pulse Synthesizer DAC
Die Umwandlung von digitalen in analoge Signale (DAC) ist eine der wichtigsten Grundfunktionen der Signalerzeugung, begrenzt durch die Geschwindigkeit der Elektronik. Diese Grenze kann durch die Verwendung von optischen Technologien überwunden werden. Ziel des Projekts ist es, ein photonisches DAC-Konzept zu entwickeln, das auf der Erzeugung und zeitlichen Verschachtelung von breitbandigen, sinc-förmigen Nyquistpulsen basiert. Mit der BiCMOS Technologie des IHP soll ein voll integrierter photonischer DAC Chip realisiert werden, der ein Vielfaches der Bandbreite heutiger elektronischer Systeme erreicht. Das Forschungsprojekt wird gemeinsam mit der Universität Paderborn durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 2111 Elektronisch-Photonische Integrierte Systeme für die Ultraschnelle Signalverarbeitung gefördert.
Meteracom - Metrology for THz Communications
In der Informationstechnik steigen die Datenübertragungsraten stetig an, da der Bedarf für eine schnelle drahtlose Datenkommunikation ebenfalls rasant wächst. Um Geschwindigkeiten von 100 Gigabit pro Sekunde und höher technisch zu ermöglichen, wird ein neuer Ansatz in der Kommunikationstechnik benötigt. Diesem Thema widmet sich die Forschungsgruppe „Metrology for THz Communications“. Im Zentrum steht die Kommunikationstechnik mit sehr hohen Datenraten für den weitgehend noch unberührten Terahertz-Frequenzbereich (THz) oberhalb von 300 GHz. In diesem Frequenzbereich könnten in Zukunft Terabit pro Sekunde übertragen werden. Jedoch stellt sie die heutige Kommunikationstechnik vor enorme Herausforderungen. Die Forschungsgruppe Meteracom beschäftigt sich mit der Metrologie für die zukünftigen THz-Kommunikationssysteme und will unter anderem Messverfahren konzipieren, die die Leistungsfähigkeit der THz-Kommunikation in realen Umgebungen vorherzusagen helfen.
Optische Abtastung ohne optische Pulsquelle
Die Abtastung ist der erste Schritt zur Umwandlung von analogen zu digitalen Signalen (ADC) und damit eines der Grundkonzepte der modernen Kommunikation. Zum Abtasten wird ein analoges Zeitsignal mit einer Pulsfolge multipliziert, so dass die Pulse zu bestimmten Zeiten mit Signalwerten gewichtet werden. Anschließend werden die Pulshöhen in digitale Werte umgewandelt. Allerdings wird dieses Konzept stark durch die Geschwindigkeit der heutigen Elektronik begrenzt. Höhere Abtastratenraten lassen sich aber leicht durch optische Technologien erreichen. In diesem Projekt werden konventionelle Mach-Zehnder-Modulatoren verwendet, die mit elektrischen Mehrtonsignalen angesteuert werden, was zu optischen Kämmen im Frequenzbereich und periodischen Sinc-Sequenzen im Zeitbereich führt. Diese Sinc-Sequenzen sind aufgrund ihrer mathematischen Eigenschaften besonders vorteilhaft und ermöglichen eine nahezu ideale Abtastung für Signale mit begrenzter Bandbreite. Darüber hinaus ermöglicht dieses Konzept eine Abtastung ohne optische Pulsquelle, wie einen modengekoppelter Laser. Die Modulatoren lassen es sich sehr leicht auf optischen Chips integrieren und ermöglichen eine vielfach höhere Bandbreite im Vergleich zu herkömmlicher Elektronik.
Fasersensoren - Brillouin Optical Time Domain Analysis
Verteilte Sensoren können auf kilometerlangen Strecken Informationen über Druck und Temperatur mit sehr geringer örtlicher Auflösung abrufen. Insbesondere Glasfasersensoren bieten eine attraktive Lösung für viele industrielle Anwendungen wie die Überwachung des Zustands großer Bauwerke, die Leckageerkennung von Öl- und Gasleitungen sowie an langen Hochspannungsleitungen, Bahntrassen und Brücken. Die vielversprechendste Methode ist die optische Brillouin-Zeitbereichsanalyse. Sie berucht auf der stimulierten Brillouin-Streuung, die durch eine lokale Wechselwirkung eines intensiven Pumppulses mit einem schwachen, sich gegenläufig ausbreitenden kontinuierlichen Probensignal erfolgt. Durch Aufzeichnen der Verstärkung, die das Probensignal an jedem Ort in Abhängigkeit von der Frequenzverschiebung erfährt, kann die Temperatur- oder Dehnungsverteilung entlang der Faser gemessen werden. Unser Ziel ist es, optische Sensorsysteme zu entwickeln, die die industriellen Messanforderungen in Bezug auf Langstreckeneinsatz, Messgenauigkeit und hohe räumliche Auflösung erfüllen.
Silicon-on-Insulator Frequenzkämme
Die extrem hohe Genauigkeit von Frequenzkämmen ist von großer Bedeutung für zahlreiche Anwendungen, einschließlich Spektroskopie, Präzisionsfrequenzmesstechnik und optischen Uhren. Neben mehreren komplexen Verfahren zur Kammerzeugung wurden kürzlich verschiedene Mikroresonatorstrukturen vorgeschlagen. Der Hauptaspekt des Projekts ist die Untersuchung integrierter Frequenzkammquellen mit aktiv und schnell steuerbaren Kammparametern, die einen minimalen freien Spektralbereich von 10 GHz und eine maximale Bandbreite von 10 THz bei Trägerwellen im Telekommunikationsbereich erreichen. Die Verwendung von zwei neuen Designs für die Frequenzkammerzeugung, umgesetzt in einer Mischung aus Siliziumnitrid und Silizium, ermöglicht unterschiedlichste Anwendungen vom Mikrowellen bis hin in den optischen Bereich.
Integrated Blocks for Optical Sinc-Shaped Nyquist Pulse Transmission. Nyquist-Pulse haben die besondere Eigenschaft keine Intersymbol-Interferenz zu besitzen, was sie sehr attraktiv für Kommunikationssysteme macht, da sie die spektrale Effizienz der Datenübertragung maximieren. Fast alle bisher gezeigten Verfahren zur Erzeugung dieser Pulse sind sehr komplex, können nicht integriert werden und führen nicht zu idealen Nyquist-Pulsen. Das Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung kompakter und einfacher optischer Aufbauten zur Erzeugung nahezu perfekter sinc-förmiger Nyquist-Pulssequenzen mit einer beliebigen Bandbreite von bis zu 300 GHz, einer Dauer und einer Wiederholungsrate von bis zu dem 50-fachen der Pulsbandbreite. Darüber hinaus wird das Konzept in einer Chalcogenid-on-SOI Plattform integriert und in einem System mit bis zu 8 WDM-Kanälen implementiert, was Übertragungsexperimenten von TDM-WDM-Nyquist-Superkanälen auf der Basis von sinc-förmigen Pulsen ermöglicht.
