Elektronisch-Photonische ICs für die drahtlose THz-Kommunikation [EPIC-COM]

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dietmar Kissinger; Professor Dr.-Ing. Robert Weigel; Professor Dr.-Ing. Lars Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528867461

Dieser Antrag zielt auf die Erforschung eines skalierbaren THz-Kommunikationssystems mit einer großen Anzahl von Antennenelementen in Richtung eines massiven Phased-Array-Ansatzes ab. Eine solche Lösung bringt eine Reihe verschiedener Herausforderungen mit sich, die wie folgt zusammengefasst werden können: 1. Entwurf von breitbandigen Phased-Array Komponenten um die hohe Bandbreite um 300 GHz nutzen zu können 2. Flexible und verlustarme Basisbandverteilung für eine Vielzahl von Kanälen 3. Energieeffiziente Generierung und kohärente Verteilung eines THz Lokaloszillators über eine hohe Anzahl von Kanälen 4. Effiziente parallele und Multiplex-Schaltungskonzepte mit einem Minimum an benötigten Schnittstellen 5. Entwurf eines großflächigen hochkomplexen elektro-optischen Systems 6. Modulare Schaltungsimplementierung mit einem Höchstgrad an Integration bei gleichzeitig hoher Produktionsausbeute für zuverlässige Massive-THz Systeme Der Antrag adressiert die oben genannten Herausforderungen auf der Basis einer interdisziplinären Architektur die optische und elektronische Hochfrequenz-Bauelemente und Schaltungsblöcke in einem kohärenten Prozess kombiniert. Dies geschieht unter Zuhilfenahme einer elektronisch-photonischen (EPIC) Technologieplattform. Die Vision der Antragsteller enthält die folgenden Konzepte, welche im Rahmen des Vorhabens erforscht werden sollen: 1. Monolithische Integration miniaturisierter, robuster 252-325 GHz (IEEE 802.15.3d) Transmitter und Empfänger 2. Skalierbare Architekturen mit bis zu 200 GBd Symbolrate pro Einheitszelle 3. Simultane monolithische Ko-Integration eines elektro-optischen Interfaces basierend auf einer neuartigen, weltweit schnellsten Germanium-Hochgeschwindigkeitsdiode 4. Optischer Wellenlängenmultiplex (WDM) Datenstrom (4x50 GBd pro Einheitszelle) und optische LO-Verteilung 5. Verlustarme breitbandige LO-Strahlformungsarchitektur mit Gewichtungsfunktion 6. Integrierte 4-Element On-Chip Antennenarrays pro Einheitszelle mit horizontalen/vertikalen Polarisationsmultiplex 7. Optionale, binär gewichtete IQ-Modulation für stromsparenden 16-QAM-Betrieb ohne DACs 8. Verlustleistungsarme parallele Ringmodulator-Architektur im Empfänger zur Umgehung der aktuellen Geschwindigkeitslimitierungen von Silizium-Mach-Zehnder-Modulatoren 9. Optischer Rücklagenaufbau für eine zukünftige Skalierung zu Massive-THz-Arrays

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen