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Forschung&Wissenschaft

Weitere drei Jahre für die Erforschung der elektronisch-photonischen Signalverarbeitung

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat 2018 mit „Integrierte Elektronisch-Photonische Systeme für die ultrabreitbandige Signalverarbeitung“ ein großangelegtes und von der Universität Paderborn koordiniertes Schwerpunktprogramm (SPP) eingerichtet. Ziele sind die Erforschung elektronisch-photonischer Schaltungen, die Entwicklung entsprechender Algorithmen und damit auch die Verlagerung des Forschungsschwerpunkts der integrierten Photonik und der Bauelementephysik hin zu einer Schaltungs- und Systemperspektive. Nun geht das Programm in die zweite Phase über, die DFG hat die Verlängerung um weitere drei Jahre bis 2024 bekanntgegeben. Konkret beginnen damit elf Projekt-Teams ihre Arbeit. Das SPP, geleitet von Prof. Dr.-Ing. Christoph Scheytt vom Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn, hat ein Gesamtbudget von rund zwölf Millionen Euro und eine Gesamtlaufzeit von sechs Jahren.

„Die optische bzw. elektronische Signalverarbeitung und die nanophotonische Integrationstechnologie bieten zahlreiche Vorteile. Photonen, die für optische Technologien die Basis bilden, sind kleine Lichtteilchen, aus denen elektromagnetische Strahlung besteht. Im Schwerpunktprogramm erforschen derzeit 17 Forschergruppen aus ganz Deutschland neue Systeme auf Basis von Siliziumphotonik – einer Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts“, erklärt Scheytt. Siliziumphotonik ermöglicht die Kombination von nanophotonischen Schaltungen wie optischen Wellenleitern, Filtern oder Schaltern mit integrierten elektronischen Schaltungen wie z. B. Prozessoren. Die Verbindung von komplexer Elektronik und miniaturisierter Photonik auf einem Chip bringt dabei völlig neue Methoden für die Signalverarbeitung und die Kommunikation hervor. Auch in puncto Nachhaltigkeit bietet sie Vorteile: Integrierte elektronisch-photonische Schaltungen sind kleiner und energieeffizienter. Daher bedeutet der Einsatz immer kleinerer Bauteile eine Kosten- und Ressourcenersparnis.

„Rein elektronische Signalverarbeitung arbeitet auf Basis von Transistoren, deren Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit in der Vergangenheit zwar immer weiter verbessert werden konnten, jetzt aber aus physikalischen Gründen nicht mehr steigerbar sind. Die Geschwindigkeit von Mikrochips hat ihre Grenzen erreicht“, erklärt Scheytt. Die optische Signalverarbeitung ermögliche dahingegeben, so der Wissenschaftler, schon jetzt sehr viel höhere Signalgeschwindigkeiten, was z. B. höhere Funkfrequenzen und Datenraten mit sich bringt. Das übergeordnete Ziel des SPP sei es daher, neue Schaltungen, Systeme und Algorithmen für die elektronisch-photonische Signalverarbeitung zu erforschen. Dazu Scheytt: „Wir wollen durch die Entwicklung von hochintegrierten Chips in fortschrittlichen Halbleitertechnologien auch zeigen, dass wesentlich schnellere und energieeffizientere Systeme realisierbar sind“. Durch eine deutlich höhere Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig geringerem Energieverbrauch könne in Zukunft die Belastung von Umwelt und Klima durch die Informations- und Kommunikationstechnologie reduziert werden. Scheytt: „Darüber hinaus ermöglichen die Schaltungen auch Hardware-Lösungen für ganz neue Anwendungen, z. B. in der Medizintechnik, für autonome Fahrzeuge oder das Internet der Dinge.“

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