Nach Schätzungen ist der “Information Communication Technology (ICT)” Sektor für 1.8 %-2.8 % der gesamten weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich[1]. Eine Reduktion des Energieverbrauchs von Kommunikationssystemen um 10 % hätte demnach das Potenzial, Millionen von Tonnen CO2-Emissionen zu verhindern und die weltweite Erwärmung zu verlangsamen. Gleichzeitig steigen durch die Nutzung von Video-Plattformen, Streamingdiensten und Online Gaming, die Bandbreiten der zu verarbeitenden Signale und damit der Energieverbrauch der derzeitigen Kommunikationssysteme. Es ist bereits absehbar, dass neue Anwendungen, wie das autonome Fahren, 6G und Industrie X.0 auch weiterhin für steigende Datenraten sorgen werden.
Die THz Photonics Group (TPG) der TU Braunschweig konzentriert sich daher vor allem auf die Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit von Kommunikationssystemen und die Erweiterung der Bandbreite von Messgeräten und Sensoren bei einem gleichzeitig geringeren Energieverbrauch. Wir erzielen dies durch eine optische oder optisch unterstützte elektronische Signalverarbeitung auf verschiedenen integrierten Plattformen mit Frequenzkamm-Erzeugung, orthogonaler Abtastung, Frequenz-Zeit-Kohärenz, oder nichtlinearen optischen Effekten wie der stimulierten Brillouin-Streuung.
Für Simulationen und das Design integrierter photonischer Chips stehen Lizenzen verschiedener Software Systeme, darunter COMSOL Multiphysics, Optisystem und Lumerical zur Verfügung. Die Chips werden dann entweder in kommerziellen Fabs, oder an Partner-Universitäten in Israel und China gefertigt.
Die Labore der TPG sind vollständig ausgestattet, um die Roh-Chips (ohne Packaging) zu testen und zu charakterisieren. Dazu stehen neben Standardgeräten wie optische und elektrische Spektrumanalysatoren, Filter, Signalgeneratoren usw. Wellenformgeneratoren und Real-time-Oszilloskope mit Analog-Bandbreiten von 33 GHz zur Verfügung.
[1] Freitag et al., (2021), ‘The Real Climate and Transformative Impact of ICT: A Critique of Estimates, Trends, and Regulations’, Patterns.
| Name | Telefon | |
|---|---|---|
| Prof. Dr. rer. nat. Thomas Schneider | thomas.schneider@tu-braunschweig.de | +49 531 391-2003 |
Das Projekt HighDAC widmet sich der Entwicklung eines neuartigen elektronischen Digital-Analog-Wandlers (DAC) mit hoher Bandbreite und hoher Abtastrate. Dieses Projekt erforscht die orthogonale Abtastung als neue Methode für die integrierte elektronische Signalverarbeitung, um eine ultraschnelle Arbiträrsignalerzeugung zu erreichen. Im Rahmen des Projekts soll ein DAC-System mit 270 GS/s und einer analogen Bandbreite von 135 GHz entwickelt werden, das elektronische Komponenten mit geringer Bandbreite und niedriger Abtastrate verwendet. Ziel ist die Demonstration einer skalierbaren Hochgeschwindigkeits-Signalerzeugungsarchitektur unter Verwendung von Standard-CMOS-Technologie, die weit über den derzeitigen Stand der Technik hinausgehende Leistungen erbringt. Das System wird in Testumgebungen für optische Kommunikation getestet, um seine Anwendbarkeit für die Datenübertragung im Tb/s-Bereich zu prüfen. Die Forschungsarbeiten werden einen Beitrag zu Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnetzen, Radarsystemen und der Messtechnik der nächsten Generation leisten.
In den letzten Jahrzehnten wurde der stimulierten Brillouin-Streuung (SBS) in der Langstreckenkommunikation wenig Aufmerksamkeit geschenkt, da sie eine Signalverschlechterung verursacht. In den letzten Jahren hat die On-Chip-SBS jedoch aufgrund ihrer hohen Verstärkung und ihres scharfen Phasengangs großes Interesse geweckt, was zu einer Verbesserung der Ergebnisse für viele Mikrowellenfunktionen wie Frequenzmessungen, Filter, langsame und verzögerte Leitungen und vieles mehr geführt hat. Im Rahmen des LiSoNIP-Projekts wollen wir die stimulierte Mandelstam-Brillouin-Streuung (SBS) in neuen photonischen Plattformen auf Polymerbasis untersuchen, die die Herstellung komplexer integrierter Strukturen durch 3D-Druck ermöglichen. Im Vergleich zum Stand der Technik kann dadurch eine mindestens zweifach höhere Verstärkung der Licht-Ton-Interaktion erzielt werden.
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.
Der steigende Bedarf an Rechenzentren, Backbone-, Zugangs- und drahtlosen Netzwerken erfordert innovative Konzepte zur Übertragung und Verteilung digitaler oder analoger Signalwellenformen. Wir stellen ein neues, extrem einfaches Transceiver-Konzept vor, das sich grundlegend von herkömmlichen Ansätzen unterscheidet. Es kommt ohne Hochgeschwindigkeitselektronik aus und ermöglicht die Übertragung verschiedener zeitlich gemultiplexter analoger Wellenformen oder digitaler Datensignale mit der maximal möglichen Symbolrate im selben rechteckigen optischen Spektralband B. Dabei entspricht die Gesamtsymbolrate von N Signalkanälen B oder dem Doppelten der verwendeten elektrooptischen Bandbreite des Modulators. Durch eine Modifikation des Systems kann sie auf das Dreifache der Modulatorbandbreite erhöht werden. Da kein optischer Filter, keine Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung und keine unkonventionellen photonischen Bauelemente erforderlich sind, kann das System leicht in jede Plattform integriert werden und bietet eine wirtschaftliche und energieeffiziente Lösung für künftige Kommunikationsnetze und Mikrowellen-Photonikverbindungen.
Integrierte, kosteneffiziente Geräte, die eine große Bandbreite unterstützen und einen großen dynamischen Messbereich aufweisen, werden in Wissenschaft und Technik (insbesondere in den Bereichen Ingenieurwesen, Biologie und Physik wie Spektroskopie, Sensorik, Kommunikation usw.) benötigt, da die Signalbandbreite exponentiell ansteigt.
Die Untersuchung und Prüfung innovativer Methoden für die Messung von Signalen mit hoher Bandbreite (>300 GHz) im Zeit- und Frequenzbereich mit integrierten Silizium-Photonik-Bauelementen, das Design und die Implementierung von Oszilloskopen mit ultrahoher Bandbreite und Echtzeitabtastung sowie die Planung und Demonstration neuer integrierter Spektrumanalysatoren mit einer optischen Bandbreite von mehreren hundert GHz und einer Auflösung von unter 100 MHz sind das Ziel dieses Projekts.