Hybride silizium-organische Modulatoren für 6G-Verbindungsnetze
Leistungsfähige faseroptische Netze bilden das Rückgrat zukünftiger 6G-Funknetze. Die Umwandlung optischer in elektronische Funksignale ist dafür eine Schlüsselfunktion. Mit sogenannten elektrooptischen Modulatoren (EOM) kann beispielsweise ein Lasersignal entsprechend einer anliegenden elektrischen Schwingung so moduliert werden, dass Informationen aus dem elektrischen in das optische Signal überführt werden. Für den Aufbau solcher EOMs werden heutzutage meist Bauteile verwendet, die auf der Siliziumphotonik beruhen. Die Materialeigenschaften von Silizium lassen jedoch nur eine begrenzte Bandbreite zu, die den Anforderungen zukünftiger 6G-Netze nur teilweise gerecht wird. Aus der Grundlagenforschung ist bekannt, dass diese Bandbreitenbeschränkung durch die Kombination von hochleistungsfähigen elektrooptischen organischen Materialien mit Silizium-Wellenleitern überwunden werden kann. Gleichzeitig weisen diese extrem kompakten Hybridbauteile eine hohe Energieeffizienz auf, die mit anderen Technologien derzeit nicht erreicht wird.
Im Projekt „Hoch-Integrierte Silizium-Organik Modulatoren für 6G xHaul und Kryo-Kommunikation (INTERSOUL)“ wird das Ziel verfolgt, innovative hybride EOMs aus der Grundlagenforschung in die industrielle Anwendung zu überführen. Dazu werden zunächst einzelne Komponenten auf der Basis einer hybriden Integration von organischen Materialien und Silizium-Wellenleitern entwickelt und hergestellt. Im nächsten Schritt werden Konzepte für massenfertigungstaugliche Herstellungsprozesse von EOMs erarbeitet. Parallel dazu werden Aufbau- und Verbindungstechniken erforscht, um die einzelnen EOMs sowohl optisch als auch elektrisch anzusprechen und so Komponenten zu fertigen, die die Anforderungen zukünftiger 6G-Netze erfüllen. Die entwickelten EOMs werden in Demonstratoren für einzelne 6G-Anwendungen wie passive optische Netze, Datenübertragung bei extrem niedrigen Temperaturen oder Radio-over-Fiber integriert und unter realistischen Anwendungsbedingungen getestet und ein Leistungsvergleich mit bestehenden Technologien durchgeführt.
EOMs sind entscheidende Komponenten eines zukünftigen 6G-Netzes und werden an verschiedenen Stellen im Netz zum Einsatz kommen. Die angestrebte neuartige Hybridarchitektur aus organischem Material und Silizium verspricht besonders hohe Bandbreite, Datenrate und Energieeffizienz und geht damit weit über den Stand der Technik hinaus. Besondere Innovationen bestehen auch in den Aufbau- und Verbindungstechnologien, die etwa 3D-gedruckte Hochfrequenzverbindungen nutzen. Die EOMs können in Zukunft in Deutschland von externen Technologiedienstleistern gefertigt und in Kommunikationslösungen des Projektpartners Nokia eingesetzt werden, womit das Projekt zur technologischen Souveränität Deutschlands und Europas beiträgt.