Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Integrierte Zeitlupen für die Messung von sehr kurzen Signalen

07.10.2019

Die THz-Photonics Group der Technischen Universität Braunschweig hat eine neue Methode zur zeitlichen Vergrößerung von optischen oder auch elektrischen Signalen entwickelt, die sich auf einem einzelnen Chip integrieren lässt. Die Ergebnisse wurden in Scientific Reports veröffentlicht.

Zeitlich kurze Signale werden in vielen Bereichen von Wissenschaft und Technik angewendet. Die steigende Nutzung von Streaming Diensten, Online Spielen und Social Media führt zu immer höheren Datenraten und damit immer kürzeren Signalen in den weltweiten Kommunikationsnetzen. Für sehr kurze Pulse sind elektronische Systeme aber zu langsam, um diese noch detektieren oder messen zu können.


Elektronisch-Optischer Siliziumchip mit der Ein- und Auskopplung optischer (links) und hochfrequenter elektrischer Signale (rechts) auf einer konventionellen elektrischen Leiterplatte.

Arijit Misra/TU Braunschweig frei zur Veröffentlichung

Mit Mikroskopen oder Lupen beispielsweise kann das Bild eines sehr kleinen Objekts soweit vergrößert werden, dass es mit bloßem Auge zu erkennen ist.

„Dieselbe Idee lässt sich auch für extrem kurze Signale verwenden“, erläutert Professor Thomas Schneider, Leiter der THz-Photonics group an der TU Braunschweig. „Eine Zeitlupe vergrößert das Signal so lange in der Zeit oder zieht die Signale so lange auseinander, bis ein relativ langsamer elektronischer Detektor in der Lage ist, diese zu messen.“

Bisher gezeigte Zeitlupen beruhen darauf, dass ein sehr kurzes Signal aus vielen einzelnen Frequenzen besteht. Umso kürzer, umso mehr Frequenzen treten auf. In einer Glasfaser beispielsweise breiten sich diese Frequenzen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus.

Nach einer gewissen Länge der Fasern kommen zunächst die hohen, dann die mittleren und dann die niedrigen Frequenzen an. Das Signal am Eingang wird also zeitlich auseinandergezogen und lässt sich mit einer langsamen Elektronik messen.

Schneider: „Für die meisten Anwendungen wäre es allerdings vorteilhaft, wenn man solche Zeitlupen auf einem Chip integrieren könnte.“ Genau das ist der THz-Photonics Group der TU Braunschweig in Zusammenarbeit mit Prof. Linjie Zhou von den state key laboratories of advanced optical communications systems and networks der Shanghai Jiao Tong University nun mit der Entwicklung einer neuen Methode zur zeitlichen Vergrößerung von optischen oder auch elektrischen Signalen gelungen.

Die neue Methode beruht auf zwei Schritten. Zunächst wird das Eingangssignal kopiert, so dass am Ausgang der ersten Stufe eine Menge von exakten Kopien mit einer genau definierten Wiederholrate auftaucht. Dies geschieht mit Hilfe eines integrierten Ringresonators (ein zu einem Ring gebogener Wellenleiter, mit Ein- und Auskopplung), der von Linjie Zhous Gruppe hergestellt wurde. Ist Umlaufzeit im Ring größer als die Dauer des Signals, wird bei jedem Umlauf eine Kopie des Signals aus dem Ring ausgekoppelt.

In einem zweiten Schritt wird nun jede dieser Signalkopien mit einem zeitlich sehr kurzen Puls multipliziert. Nur an der Stelle, an der das Signal und der sehr kurze Puls gleichzeitig existieren, erhält der Puls die Amplitude der Signalkopie. Dies wird Abtastung genannt und geschieht für die neue Methode in zwei gekoppelten Modulatoren, welche sowohl die Pulserzeugung als auch die Multiplikation ausführen.

Ist die Wiederholrate der Signalkopien etwas verschieden zu der Wiederholrate der Abtastpulse, wird jede einzelne Kopie des Signals an einer anderen Stelle gemessen. Die Verbindungslinie zwischen den einzelnen Abtastwerten der Kopien ist das abgetastete, zeitlich vergrößerte Eingangssignal, welches sich nun mit einer langsamen Elektronik messen lässt.

„Die Methode ermöglicht integrierte, kosteneffektive analog-zu-digital-Konverter und Messsysteme mit extrem kleinen Abmessungen für die Charakterisierung von einzelnen, irregulären Ereignissen mit einer schnellen Änderung und sehr großen Bandbreiten bis in den THz-Bereich“, sagt Schneider.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Thomas Schneider
Technische Universität Braunschweig
Institut für Hochfrequenztechnik
THz-Photonics group
Schleinitzstraße 22
38106 Braunschweig
Tel.: +49 531 391-2003
E-Mail: thomas.schneider@tu-braunschweig.de

www.tu-braunschweig.de/ihf

Originalpublikation:

A.Misra, S. Preussler, L. Zhou and T. Schneider “Nonlinearity- and dispersion- less integrated optical time magnifier based on a high-Q SiN microring resonator” Scient. Rep. 10.1038/s41598-019-50691-2 (SREP-19-24563-T). In Scientific Reports (https://rdcu.be/bSSAG)

Ulrike Rolf | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.tu-braunschweig.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Gesucht: Die nächste Superbatterie
13.07.2020 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Verbesserte Prüfverfahren für sichere Batteriesysteme
13.07.2020 | Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kryoelektronenmikroskopie: Hochauflösende Bilder mit günstiger Technik

Mit einem Standard-Kryoelektronenmikroskop erzielen Biochemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) erstaunlich gute Aufnahmen, die mit denen weit teurerer Geräte mithalten können. Es ist ihnen gelungen, die Struktur eines Eisenspeicherproteins fast bis auf Atomebene aufzuklären. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "PLOS One" veröffentlicht.

Kryoelektronenmikroskopie hat in den vergangenen Jahren entscheidend an Bedeutung gewonnen, besonders um die Struktur von Proteinen aufzuklären. Die Entwickler...

Im Focus: Electron cryo-microscopy: Using inexpensive technology to produce high-resolution images

Biochemists at Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) have used a standard electron cryo-microscope to achieve surprisingly good images that are on par with those taken by far more sophisticated equipment. They have succeeded in determining the structure of ferritin almost at the atomic level. Their results were published in the journal "PLOS ONE".

Electron cryo-microscopy has become increasingly important in recent years, especially in shedding light on protein structures. The developers of the new...

Im Focus: Neue Schlankheitstipps für Computerchips

Lange Zeit hat man in der Elektronik etwas Wichtiges vernachlässigt: Wenn man elektronische Bauteile immer kleiner machen will, braucht man dafür auch die passenden Isolator-Materialien.

Immer kleiner und immer kompakter – das ist die Richtung, in die sich Computerchips getrieben von der Industrie entwickeln. Daher gelten sogenannte...

Im Focus: Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

Forschern der Technischen Universität Ilmenau ist es gelungen, sich den Eigendrehimpuls von Elektronen – den sogenannten Elektronenspin, kurz: Spin – zunutze zu machen, um elektrische Spannung zu erzeugen. Noch sind die gemessenen Spannungen winzig klein, doch hoffen die Wissenschaftler, auf der Basis ihrer Arbeiten hochleistungsfähige Batterien der Zukunft möglich zu machen. Die Forschungsarbeiten des Teams um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik wurden soeben im renommierten Journal Physical Review Applied veröffentlicht.

Laptop- und Handyspeicher der neuesten Generation nutzen Erkenntnisse eines der jüngsten Forschungsgebiete der Nanoelektronik: der Spintronik. Die heutige...

Im Focus: Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen

Verlustfreie Stromleitung bei Raumtemperatur? Ein Material, das diese Eigenschaft aufweist, also bei Raumtemperatur supraleitend ist, könnte die Energieversorgung revolutionieren. Wissenschaftlern vom Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ an der Universität Hamburg ist es nun erstmals gelungen, starke Hinweise auf Suprafluidität in einer zweidimensionalen Gaswolke zu beobachten. Sie berichten im renommierten Magazin „Science“ über ihre Experimente, in denen zentrale Aspekte der Supraleitung in einem Modellsystem untersucht werden können.

Es gibt Dinge, die eigentlich nicht passieren sollten. So kann z. B. Wasser nicht durch die Glaswand von einem Glas in ein anderes fließen. Erstaunlicherweise...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Intensiv- und Notfallmedizin: „Virtueller DIVI-Kongress ist ein Novum für 6.000 Teilnehmer“

08.07.2020 | Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kryoelektronenmikroskopie: Hochauflösende Bilder mit günstiger Technik

13.07.2020 | Biowissenschaften Chemie

Gesucht: Die nächste Superbatterie

13.07.2020 | Energie und Elektrotechnik

Virtual Reality hilft bei Beurteilung der Mobilität von übermorgen

13.07.2020 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics