27/10/2016
Door Ad Spijkers
De THz-Photonics group aan de Technische Universität Braunschweig heeft een methode ontwikkeld waarbij met datasnelheden in de grootte van meerdere terabit per seconde kan worden omgezet.
De THz-Photonics group is het gelukt om een volledig nieuw idee voor het aftasten van analoge signalen te ontwikkelen en om te zetten. Alle tot nu toe gebruikte aftasters bemonsteren (samplen) het analoge tijdsignalen door het volgen van zeer korte impulsen. Bij het elektronisch aftasten wordt het signaal gemultiplext met de poortfunctie. Bij optische bemonstering vindt een directe multiplexing tussen signaal en kortstondige laserpulsen in een niet-lineair kristal of in een niet-lineaire vezel plaats.
In tegenstelling tot elektronische methoden kunnen langs optische weg al met weinig inspanningen hoge datasnelheden worden gesampled. Bovendien kan de methode op een silicium-fotonicachip worden geïntegreerd en kunnen alle parameters voor de sampling van buitenaf door elektrische signalen worden aangestuurd.
De onderzoekers werken momenteel aan een integratie van de methode op basis van Silicon-on-Insulator technologie(SOI), waarbij met silicium hetzelfde materiaal en dezelfde technologie als bij computerchips wordt gebruikt.
Elektronische A/D-omzetting
Sampling is de eerste stap om een analoog signaal in een digitaal om te zetten. Dit digitale signaal kan dan met computers worden verwerkt of via glasvezel of radiografisch worden overgebracht. Een computer smartphone of het internet kan echter alleen afzonderlijke meetgrootheden, die in vaste tijdspannen worden opgenomen, verwerken of doorsturen.
Tot nu toe wordt sampling vooral met behulp van elektronische schakelingen uitgevoerd. Dat is voldoende zolang de waarde met een relatief geringe datasnelheid moet worden bemonsterd. De hier toegepaste elektronica nadert de grenzen van haar mogelijkheden. De gebruikte schakelingen hebben veel energie nodig, die grotendeels wordt omgezet in warmte. Om deze warmte weer af te voeren is extra energie nodig. Een verdere stijging van de datasnelheden zou dienovereenkomstig een grote inspanning kosten.
Optische A/D-omzetting
Optische samplers hebben het voordeel, dat ze grote bandbreedten bieden in het Terahertz-bereik (1 THz = 1012 Hertz) en grote datasnelheden in het Tb/s bereik kunnen verwerken. (1 Tb/s komt overeen met meer dan 65.000 UHD-video's bij internet streamingdiensten). Bovendien hoeft het optische signaal in een glasvezel niet eerste in een elektrisch signaal te worden omgezet, zoals bij elektronische samplers.
Optische samplers hebben echter een optische bron nodig, die zeer korte pulsen met een vaste en zeer stabiele herhaalsnelheid levert. Dergelijke mode-gekoppelde lasers zijn relatief groot en parameters zoals samplesnelheid en -breedte zijn niet eenvoudig te veranderen. Maar mode-gekoppelde zijn lasers niet te integreren op een chip zoals met de door THz-Photonics group ontwikkelde methode momenteel wordt getest.