Seriell-parallele Filterstrukturen zur adaptiven Restdispersionskompensation
Final Report Abstract
Die im Rahmen des DFG-Projektes erarbeitete Filterstruktur in planar-optischer Bauweise ist eine Weiterentwicklung der bislang existierenden Filteransätze zur optischen Entzerrung von Datensignalen. Bisher wurden optische Filter entweder durch Serien- oder Parallelschaltung der Zeitverzögerungen realisiert. Der neue Ansatz vereint die Vorteile der seriellen und parallelen Filterung und ermöglicht somit eine kompakte Struktur mit einem hohen Grad an Flexibilität. Durch die Verkopplung der Signalpfade erhöht sich die Komplexität im Entwurfsprozess, sodass eine intensive Analyse der vermaschten Strukturen erforderlich war. In zahlreichen Berechnungen wurde die Filterauslegung nach Kriterien wie eine minimale Anzahl von Kontrollelementen oder auf eine möglichst große nutzbare Bandbreite hin optimiert. Diese Algorithmen erlauben eine einfache Analyse der seriell-parallelen Schaltung für andere Anwendungen, so z.B. die Kompensation von Dispersion 2. Ordnung oder auch die Realisierung beliebiger Übertragungsfunktionen. Eine aktuelle Anwendung ist die im Verlängerungszeitraum umgesetzte Realisierung einer optischen DFT (Diskrete Fourier Transformation). Diese ist als Demultiplexer in künftigen Terabit/s OFDM Systemen einsetzbar. Der Demultiplexer arbeitet simultan für alle Kanäle und benötigt aufgrund der rein optischen Realisierung relativ wenig elektrische Energie (unter 1 W). Bei der Herstellung der integriert optischen Schaltungen traten verschiedene Effekte auf. Abweichungen in den Abmessungen der optischen Strukturen beeinflussen den Frequenzgang der Filterschaltung. Zusätzlich treten thermische und mechanische Effekte auf, die das Abstimmverhalten beeinflussen. Diese Einflüsse wurden in die theoretischen Modelle für den Filterentwurf eingearbeitet. Mit Hilfe einer Toleranzanalyse war es möglich, diese Einflüsse zu simulieren und ihren Effekt zu untersuchen und durch geeignete Gegenmaßnahmen zu reduzieren. So wurde das thermische Übersprechen der benachbarten Wellenleiter durch das Ätzen von Gräben in das Substrat reduziert. Insgesamt ermöglichen die gewonnenen Erkenntnisse wertvolle Einblicke in diesen neuen Ansatz zur Realisierung von kompakten, optischen Filtern. Die Entwicklungen in den nächsten Jahren auf dem Gebiet der planaren, optischen Schaltungen werden zeigen, in wieweit diese Technologie noch weiterentwickelt werden kann. Im Vergleich zu den elektrischen Kompensatoren ist die Massenproduktion noch nicht ausgereift. Der elektrische Energieverbrauch ist bezogen auf die Verarbeitungsbandbreite geringer. Erste Versuche der Prozess-Standardisierung und Einführung einer Komponenten-Bibliothek, mit deren Hilfe jedermann in kurzer Zeit funktionsfähige, optische Filter entwickeln kann, sind bereits angelaufen. Durch die im Rahmen des Projektes durchgeführte Miniaturisierung der Filterstruktur konnte unter Verwendung der Nanowire-Technologie der Platzbedarf um den Faktor sechs reduziert werden.
Publications
- "Finite Impulse Response Filter Using 4-Port MMI Couplers for Residual Dispersion Compensation," Journal of Lightwave Technology, Vol. 30, No. 7, pp. 990-996, 2012
Abdul Rahim, Stefan Schwarz, Juergen Bruns, Karsten Voigt, Dimitar Ivanov Kroushkov, Mohammed Tareq Arnous, Christian G. Schäffer, Klaus Petermann
(See online at https://doi.org/10.1109/JLT.2012.2185038) - "Comparison of phase error sensitivities of all-optical discrete Fourier transforms for OFDM demultiplexing," Optical and Quantum Electronics, Vol. 45, No. 7, pp. 775-781, 2013
S. Schwarz, C. G. Schäffer, A. Rahim, J. Bruns, K. Petermann
(See online at https://doi.org/10.1007/s11082-013-9669-1) - "Silicon Photonic Implementation of a Scalable O-OFDM Demultiplexer," Photonics Technology Letters, Vol. 25, No. 20, pp. 1977-1980, 2013
A. Rahim, S. Schwarz, J. Bruns, K. Voigt, G. Winzer, L. Zimmermann, O. G. Schäffer, K. Petermann
(See online at https://doi.org/10.1109/LPT.2013.2280698)
