NyPhE - Nyquist Silicon Photonics Engine

Durch den weltweit exponentiell wachsenden Datentransfer steigt der Bedarf an High-Speed Serverkommunikation in Datencentern. Anbieter von Cloud- und Streamingdiensten wie beispielsweise Google, Apple oder Amazon ben?tigen effiziente Server-Kommunikation mit hohen Datenraten. Um effizienten High-Speed Datentransfer zu erm?glichen werden innovative Transceiver Konzepte ben?tigt.

Siliziumphotonik erm?glicht hohe Kosten- und Verlustleistungseffizienz durch die Integration von optischen und elektronischen Komponenten gemeinsam in einem Siliziumchip. Allerdings limitiert die geringe Bandbreite elektrooptischer Modulatoren derzeit die Gesamtgeschwindigkeit von optischen Sendern und Empf?ngern in Silizium-Technologie.

Abbildung 1: Anwendung in Datencentern

Das NyPhE Projekt befasst sich mit der Entwicklung einer innovativen Sender- und Empf?ngerstruktur, die trotz geringer Bandbreiten der elektrooptischen Modulatoren hohe Datenraten von bis zu 400 Gbit/s erm?glicht. Dabei bestimmt die Geschwindigkeit des Modulators ma?geblich die Datenrate des Gesamtsystems. Durch die Verwendung von optischen Nyquist-Pulsen k?nnen jedoch mehrere Modulatoren in verschiedenen Kan?len verwendet und somit die Gesamtgeschwindigkeit erh?ht werden [1]. Das rechteckige Frequenzspektrum der optischen Nyquist-Pulse kann durch einen Frequenzkamm approximiert und mittels eines CW-Lasers und eines Mach-Zehnder-Modulators generiert werden (siehe Abb. 2a). Da sich aufeinanderfolgende Nyquist-Pulse durch ihr charakteristisches Frequenzspektrum untereinander nicht beeinflussen, k?nnen mehrere Pulse auf verschiedenen Kan?len sequentiell moduliert (siehe Abb. 2b) und anschlie?end ohne Informationsverlust addiert werden (siehe Abb. 2c). Dadurch wird die Gesamtbandbreite des Systems erh?ht und die Datenrate um die Anzahl der Kan?le vervielfacht.

Abbildung 2: Transceiver Struktur und Funktionsprinzip, CW: continuous wave, MZM: Mach-Zehnder modulator, BR: balanced receiver, TIA: transimpedance amplifier

Empf?ngerseitig kann das Signal ebenfalls sequentiell auf mehreren Kan?len verarbeitet werden. Dazu wird das optische Signal aufgeteilt, mittels elektrooptischer Modulatoren und Photodioden in elektronische Signale umgewandelt, verst?rkt und ausgegeben.

Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert. Partner des Projekts sind die Technische Universit?t Dresden, Sicoya GmbH, die Technische Universit?t Braunschweig und die Leoni AG.

Referenzen

[1] Soto, M.A.et al., “Optical sinc-shaped Nyquist pulses of exceptional quality,” Nat.Commun. (2013).