Fachgruppe Schaltungstechnik baut einen elektronisch-photonischen Chip, der 128Gb/s übertragen kann
Die Fachgruppe Schaltungstechnik der Universität Paderborn entwickelte einen kohärenten Silizium-Photonik-Empfängerchip, der eine Datenrate von 128Gb/s erreicht hat. Das Besondere an diesem Chip ist, dass sowohl optische als auch elektronische Bauteile und Systeme auf einem einzelnen Chip integriert wurden. Die damit messtechnisch erfasste Datenrate setzt weltweit einen neuen Maßstab für die Datenübertragungsgeschwindigkeit mit dieser Technologie. Die Möglichkeit der Ko-Integration von photonischen und elektronischen Komponenten auf einem Chip macht sie gegenüber 2-Chip-Lösungen kosteneffizienter.
Die weltweit steigende Nachfrage nach schnellen Netzwerkverbindungen für Mega-Datencenter macht die Forschung an der Silizium-Photonik-Technologie so interessant. Große Technologieunternehmen wie zum Beispiel Google, Amazon oder Microsoft errichten Lagerhallen, die mit Serversystemen gefüllt werden und immer mehr zu Knotenpunkten der globalen Informations- und Kommunikationsinfrastruktur werden. Durch die optische Datenübertragung, sprich Datenübertragung durch für das menschliche Auge unsichtbare Infrarotstrahlen, können höhere Reichweiten, höhere Datenraten, geringere Verzögerungen und eine verbesserte Energieeffizienz gegenüber kupferbezogenen Netzwerkstandardlösungen erreicht werden. Die Arbeit wurde als neuer Weltrekord im März 2018 von der renommierten Optical Society America (OSA) anerkannt und im Rahmen der Optical Fiber Conference (OFC) präsentiert.
Der entwickelte Empfängerchip wurde für die kohärente Übertragungstechnik entwickelt. Durch Überlagerung mit einem lokalen Laser kann, anders als bei üblichen Direktempfängern, nicht nur die Amplitude, sondern auch die Phase eines Signals detektiert werden. Obwohl die Chip-Komplexität dadurch zunimmt, erhöht die kohärente Technik direkt die Datenrate und kommt deshalb auch als Kandidat für schnelle Netzwerkverbindungen infrage. Mit einer gemessenen Bandbreite von 34GHz und einer Baudrate von 64 GBaud (QPSK) wurden die bisherigen Bestmarken für Bandbreite und Bitrate für monolithisch integrierte, kohärente Empfänger mehr als verdoppelt. Mit ein wenig Mehraufwand unter Zunahme der zweiten Polarisation im monomodalen Lichtwellenleiter könnte der Weltrekord von 128Gb/s sogar auf 256Gb/s verdoppelt werden. Zukünftige Standards und Forschungsprojekte zielen auf Übertragungsgeschwindigkeiten von über 400Gb/s ab.
Maßgebliche Arbeiten an der Entwicklung des Empfängerchips fallen Christian Kress (Masterarbeit) und Sergiy Gudyriev unter Anleitung von Prof. Dr. Christoph Scheytt des Fachgebiets Schaltungstechnik zu. Die Messungen wurden am Karlsruhe Institute of Technology (KIT) im Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ) durchgeführt. Die Silizium-Photonik-Technologie wurde vom IHP-Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik bereitgestellt.
