Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vektor-Netzwerkanalyse mit Lasern

05.11.2015

Femtosekundenlaser ermöglichen präzise, kostengünstige Hochfrequenzmessungen und könnten zukünftig etablierte elektrische Geräte ersetzen

Vektor-Netzwerkanalysatoren (VNA) stellen heutzutage die präzisesten kommerziell erhältlichen Hochfrequenz-Messinstrumente dar. Durch kontinuierliche Weiterentwicklungen in den letzten Jahrzenten sind VNAs bis zu Frequenzen von 1 Terahertz (10 hoch 12 Hertz) einsetzbar, und es existieren komplexe Verfahren für Fehlerkorrekturen.


Ein Teil des experimentellen Aufbaus zur laserbasierten Vektor-Netzwerkanalyse

(Foto: PTB)

Allerdings sind VNAs sehr teuer und benötigen mehrere Frequenzerweiterungen, wenn sie in einem großen Frequenzbereich eingesetzt werden sollen. An der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wurde jetzt ein VNA entwickelt, der auf rein optoelektronischer Messtechnik mit Femtosekundenlasern basiert.

Derartige Geräte sind eine kostengünstige Alternative zu rein elektrischen VNAs und könnten zukünftig für komplexe Hochfrequenzmessungen eingesetzt werden. Die Ergebnisse der Forscher sind in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques veröffentlicht.

Das Messprinzip von VNAs beruht darauf, die Leistung von Signalen einer bestimmten Frequenz zu detektieren. Durch Frequenzvariation dieser Signale können frequenzaufgelöste Messungen realisiert werden. Die Messergebnisse werden mittels sogenannter Streuparameter angegeben.

Um ein Hochfrequenzgerät mit den Streuparametermessungen genau zu charakterisieren, ist es erforderlich, hin- und rücklaufende Signale voneinander zu trennen. Diese Trennung wird typischerweise mit Richtkopplern realisiert.

An der PTB wurde nun gezeigt, dass frequenzaufgelöste Streuparametermessungen auch mit laserbasierter Messtechnik möglich sind. Dabei kommt ein Femtosekundenlaser zum Einsatz, der Pulse im Nahinfrarotbereich mit einer Länge von ca. 100 Femtosekunden (10 hoch -13 s) erzeugt. Der Laserstrahl wird in zwei Teilstrahlen aufgespalten, einen Anregestrahl und einen Abfragestrahl.

Der Anregestrahl erzeugt in einem sogenannten photoleitenden Schalter Spannungspulse mit einer Länge von ca. zwei Pikosekunden, die auf einer planaren Wellenleitung entlang propagieren. Der Abfragestrahl wird dazu verwendet, um das elektrische Feld der Spannungsimpulse zu messen.

Dafür wird der Pockels-Effekt des Substrates ausgenutzt, auf dem die planaren Wellenleitung gefertigt wurde. Durch zeitliche Verzögerung des Abfragestrahls mit einer Verzögerungsstrecke kann die Form des Spannungsimpulses genau vermessen werden.

Die Hauptinnovation der PTB-Forscher liegt in der Trennung von hin- und rücklaufenden Spannungssignalen auf der planaren Wellenleitung durch laserbasierte Messtechnik, die damit den Richtkoppler in VNAs ersetzt. Diese Trennung, für die die Spannungsimpulse an verschiedenen Positionen auf der Wellenleitung detektiert werden müssen, funktioniert auch bei zeitlich überlappenden Signalen.

Mit dieser optoelektronischen Zeitbereichsmesstechnik konnten Streuparametermessungen auf planaren Wellenleitern bis 500 GHz mit einer 500-MHz-Schrittweite demonstriert werden. Die Technik kann aber auch zur Charakterisierung von koaxialen Elementen eingesetzt werden und ermöglicht die Realisierung eines sehr präzisen Spannungsimpulsstandards.
(es/ptb)

Ansprechpartner:
Mark Bieler, Arbeitsgruppe 2.54 Femtosekunden-Messtechnik, Tel. (0531) 592-2540,
E-Mail: mark.bieler@ptb.de

Die wissenschaftliche Veröffentlichung:
M. Bieler, H. Füser, K. Pierz: Time-Domain Optoelectronic Vector Network Analysis on Coplanar Waveguides. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 63, No. 11, 3775–3784, Nov. 2015

Erika Schow | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Chillventa 2018: Fraunhofer ISE rückt Wärmepumpen in den Fokus
12.10.2018 | Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

nachricht Mikro-Energiesammler für das Internet der Dinge
11.10.2018 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

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: Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen

Biotechnologen entschlüsseln Struktur und Funktion von Docking Domänen bei der Biosynthese von Peptid-Wirkstoffen

Mikroorganismen bauen Naturstoffe oft wie am Fließband zusammen. Dabei spielen bestimmte Enzyme, die nicht-ribosomalen Peptid Synthetasen (NRPS), eine...

Im Focus: Größter Galaxien-Proto-Superhaufen entdeckt

Astronomen enttarnen mit dem ESO Very Large Telescope einen kosmischen Titanen, der im frühen Universum lauert

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Cucciati vom Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) Bologna hat mit dem VIMOS-Instrument am Very Large...

Im Focus: Auf Wiedersehen, Silizium? Auf dem Weg zu neuen Materalien für die Elektronik

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgarien) und Madrid (Spanien) ein neues, metall-organisches Material entwickelt, welches ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silizium aufweist. Das mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur herstellbare Material könnte in Zukunft als Ersatz für konventionelle nicht-organische Materialien dienen, die in der Optoelektronik genutzt werden.

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silizium eingesetzt. Für diese...

Im Focus: Goodbye, silicon? On the way to new electronic materials with metal-organic networks

Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz (Germany) together with scientists from Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgaria) and Madrid (Spain) have now developed and characterized a novel, metal-organic material which displays electrical properties mimicking those of highly crystalline silicon. The material which can easily be fabricated at room temperature could serve as a replacement for expensive conventional inorganic materials used in optoelectronics.

Silicon, a so called semiconductor, is currently widely employed for the development of components such as solar cells, LEDs or computer chips. High purity...

Im Focus: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Natürlich intelligent

19.10.2018 | Veranstaltungen

Rettungsdienst und Feuerwehr - Beschaffung von Rettungsdienstfahrzeugen, -Geräten und -Material

18.10.2018 | Veranstaltungen

11. Jenaer Lasertagung

16.10.2018 | Veranstaltungen

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

Ultraleichte und belastbare HighEnd-Kunststoffe ermöglichen den energieeffizienten Verkehr

19.10.2018 | Materialwissenschaften

IMMUNOQUANT: Bessere Krebstherapien als Ziel

19.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Raum für Bildung: Physik völlig schwerelos

19.10.2018 | Bildung Wissenschaft

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