Lasertechnik für höhere Zwecke
Hybrid-integrierte, robuste und kompakte Diodenlaser für den Weltraumeinsatz entwickelt.
Das Ferdinand-Braun-Institut hat weltraumtaugliche Diodenlaser-Module entwickelt, die auf der einzigartigen Mikrointegrations-Technologie des Instituts basieren. Diese und weitere hybrid-integrierte Komponenten aus der Mikrowellentechnik und Terahertz-Elektronik stellt das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) auf dem MikroSystemTechnik-Kongress vor. Vom 28. bis 30. Oktober ist das FBH am Gemeinschaftsstand der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) im Estrel Berlin vertreten.
Das FBH besitzt umfassende Erfahrung bei der Entwicklung und Fertigung von kompakten, hybrid-integrierten Diodenlasermodulen. Ihr Design wird exakt auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten. Die Technologie ist so in vielfältigen Bereichen einsetzbar, von der Sensorik über die Medizintechnik bis hin zu Weltraumanwendungen. Am Messestand zeigt das Institut Diodenlaser-Module, die bereits erfolgreich in verschiedenen Experimenten unter Schwerelosigkeit eingesetzt wurden. Die Module bestehen aus Laserdioden, die am FBH entwickelt und hergestellt und gemeinsam mit Optiken und weiteren passiven Elementen mit höchster Stabilität und Präzision – teils in Bereichen von unter 100 Nanometern – aufgebaut werden. Dank der einzigartigen Mikrointegrationstechnologie des FBH sind die Module extrem robust und ideal für den Einsatz unter anspruchsvollen Bedingungen im Weltraum geeignet. Sie zeichnen sich zudem durch geringe Abmessungen von nur 130 auf 80 auf 25 Millimetern, eine geringe Masse von rund 750 Gramm sowie exzellente Leistungsparameter aus: Ausgangsleistungen von über 500 Milliwatt bei zugleich schmaler intrinsischer Linienbreite unter einem Kilohertz werden erreicht.
Der Terahertz-Bereich bietet eine gute räumliche Auflösung und kann die meisten nicht-metallischen Materialien durchdringen. Damit eignet er sich für industrielle und sicherheitsrelevante Anwendungen. Das FBH zeigt Terahertz-Detektoren, die sich auch zu Arrays anordnen lassen. Die III/V-basierten Terahertz-Detektoren bieten beste Werte für die äquivalente Rauschleistung mit höchster Empfindlichkeit – und übertreffen damit die besten Terahertz-Detektoren in CMOS-Technologie.
Für die mobile Kommunikation der Zukunft entwickelt das Institut digitale Leistungsverstärker mit effizienten Verstärker-Chips, die auf dem 0,25 Mikrometer dicken GaN-HEMT-Prozess des FBH basieren. Mit ihnen hat das Institut die erste volldigitale Transmitterkette realisiert, die breitbandige Signale mit höchster Effizienz und Linearität erfolgreich überträgt. Der kompakte digitale Transmitter eignet sich besonders für Mehrantennensysteme, bei denen er auf der Rückseite der Antenne montiert wird.
Das FBH stellt zudem Konzepte zum Envelope Tracking (ET) vor, eine bekannte Technik zur Effizienzsteigerung von Solid-State Power Amplifiern. Damit lässt sich die Versorgungsspannung des HF-Leistungsverstärkers entsprechend der momentanen Hüllkurve des zu verstärkenden Signals modulieren. Zusammen mit der Europäischen Weltraumagentur ESA hat das FBH einen neuartigen ET-Demonstrator für die Kommunikation im Weltraum bei 1,62 Gigahertz entwickelt. Der Verstärker hat eine Spitzenausgangsleistung von mehr als 90 Watt bei einer Modulationsbandbreite von 40 Megahertz. Mit einem 8,6 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)-Signal liegt der Gesamtwirkungsgrad bei 40 Prozent.
Das FBH hat das Konzept der Versorgungsspannungs-Modulation auch auf Millimeterwellen-Verstärker übertragen. Das entsprechende Modul besteht aus zwei identischen MMICs, die in Reihe geschaltet sind. Diese bestehen jeweils aus einem einstufigen Verstärker mit integriertem zweistufigen Spannungsschalter, der die Versorgungsspannung des Verstärkers in diskreten Stufen moduliert.
FBH / DE
