Neuer Optimierungsansatz für die Entwicklung hochkomplexer monolithisch integrierter Indiumphosphid Mach-Zehnder Terabit Transmitterchips

Um dem auch zukünftig stark ansteigenden Datenverkehrsaufkommen gerecht zu werden, bedarf es leistungsfähiger optischer Daten- und Kommunikationsnetze stetig steigender Kapazität. Das ist nur zu erreichen durch eine ständige Weiterentwicklung aller erforderlichen Netzkomponenten im Hinblick auf Bandbreite, Signalqualität, Leistungsaufnahme und Komplexität (speziell Sender, Router und Empfänger). Auf dem Weg zu kommerziell nutzbaren flexiblen Terabit Photonisch Integrierten Schaltungen (PICs) bieten Indiumphosphidbasierte Push-Pull Mach-Zehnder Modulatoren wegen ihrer hohen elektro-optischen Effizienz, geringen Baugröße sowie chirpfreien Modulation ein herausragendes Potential um diesen Herausforderungen auch in Zukunft folgen zu können. Vor diesem Hintergrund wurde für diese Arbeit folgendes Ziel definiert: Optimierung von elektro-optischen Sendeeinheiten mit monolithisch integrierten Wanderwellen Push-Pull Mach-Zehnder Modulatoren auf Indiumphosphid-Basis für den Einsatz in zukünftigen Terabit Transmitter PICs bezüglich Signalqualität, Datenkapazität und elektrischer Leistungsaufnahme unter Berücksichtigung der elektronischen Ansteuerung und der zunehmenden Komplexität. Die Optimierung des Designs von bisher entwickelten Mach-Zehnder Modulator Sendekomponenten basiert i. a. hauptsächlich auf der Optimierung des Kernelements, d. h. der monolithisch integrierten Modulator-Struktur. Lediglich einzelne vorgegebene Randbedingungen bezüglich der erforderlichen elektrischen Ansteuerung fanden dabei mehr oder weniger Berücksichtigung. Im Rahmen dieser Arbeit konnte dagegen jetzt erstmals ein umfassendes theoretisches Modell und darauf aufbauend ein neuer Optimierungsansatz entwickelt werden, der nicht nur auf die Ermittlung eines möglichst optimalen Designs für einen bestimmten monolithisch integrierten Modulator-Typ oder -Schaltkreis ausgerichtet ist, sondern ebenso die zum Betrieb erforderliche gesamte elektronische Ankopplung mitberücksichtigt (Impedanzanpassung, Ansteuerungsart, Treiber, hybride/monolithische Verbindung). Das hier präsentierte Co-Design von Modulator und externer elektronischer „Peripherie“ wurde erreicht durch die Anwendung, Erweiterung und Kopplung unterschiedlicher, überwiegend neu entwickelter aber auch bereits vorhandener Modelle und Softwarepakete. Die mittel- und langfristig zu erwartende Erhöhung der Komplexität von monolithisch integrierten Modulatorstrukturen durch die Einbeziehung von mehr und mehr optischer und elektronischer Funktionalität, bei gleichzeitiger Forderung nach einer minimalen Chipgröße, war dabei stets eine wichtige Randbedingung. Ein Großteil der Ergebnisse wie z. B. zur elektronischen Ansteuerung (uni-polar/differenziell) oder die Entwicklung von verbesserten monolithisch integrierten coplanar Streifenleitungswiderständen zum breitbandigen Impedanzabschluss wurden ferner experimentell überprüft und mit dem Model verglichen.

Author dc:creator

• Rausch, Marko

Advisor dc:contributor.advisor

• Gerfers, Friedel

Licence dc:rights.uri

• https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Language dc:language.iso

de

Identifier URI

http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8167

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/9066