28.01.2022

Förderung für elektronisch-photonische Schaltungen

DFG-Schwerpunktprogramm an der Universität Paderborn wird verlängert.

Die Deutsche Forschungs­gemeinschaft hat 2018 mit „Integrierte Elektronisch-Photonische Systeme für die ultrabreit­bandige Signalverarbeitung“ ein großangelegtes und von der Universität Paderborn koordiniertes Schwerpunkt­programm 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 Programm, geleitet von Christoph Scheytt vom Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn, hat ein Gesamt­budget von rund zwölf Millionen Euro und eine Gesamt­laufzeit von sechs Jahren.

Abb.: Die Erforschung elektronisch-photonischer Schaltungen steht im...
Abb.: Die Erforschung elektronisch-photonischer Schaltungen steht im Mittelpunkt eines DFG-Schwerpunkt­programms in Paderborn. (Bild: B. Mazhiqi, U. Paderborn)

„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 etwa 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 beispiels­weise höhere Funkfrequenzen und Datenraten mit sich bringt. Das über­geordnete Ziel des Programms 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.“

U. Paderborn/ JOL

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