04.10.2018 1. Erfolgreiche Promotion im Rahmen von OPTAVER von Lukas Lorenz mit Auszeichnung abgeschlossen

Am Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik der TU Dresden hat der wissenschaftliche Mitarbeiter Lukas Lorenz erfolgreich seine Dissertation mit dem Prädikat summa cum laude verteidigt. In seiner Arbeit stützt er sich im Wesentlichen auf seine gewonnenen Erkenntnisse im Rahmen der Forschergruppe OPTAVER. Seine Arbeit trägt den Titel „Beiträge zur effizienten Kopplung von optischen Wellenleitern in der Gerätekommunikation“ und behandelt die Entwicklung, Simulation sowie Umsetzung einer asymmetrischen, unterbrechungsfreien Buskopplung für optische Multimode Wellenleiter, wie sie im Rahmen des Teilprojektes 3 in OPTAVER erforscht wird. Ebenfalls hervorzuheben ist die enge Vernetzung der Forschergruppe auch auf dem Gebiet der Qualifikation der Mitarbeiter. So konnte der Projektleiter aus Teilprojekt 6 Prof. Dr. Norbert Lindlein von der FAU Erlangen-Nürnberg als Zweitgutachter für die Dissertation gewonnen werden.

Kurzfassung:

Aktuelle Roadmap-Vorhersagen gehen von optischen Bussystemen als Rückgrat zukünftiger Sensor- und Infotainmentnetzwerke für Anwendungen im Bereich Internet der Dinge und Industrie 4.0 aus. Grund dafür sind die rasant wachsenden Mengen an generierten Daten, die weltweit verarbeitet, versendet und gespeichert werden, wodurch etablierte kupferbasierte elektrische Verbindungen an ihre Grenzen geraten. Besonders im Bereich Energieeffizienz und Bandbreitendichte bei hohen Datenraten bietet die Photonik vielversprechende Vorteile. Während in den klassischen Ebenen der optischen Aufbau- und Verbindungstechnik (Tele-, Daten- und Rechnerkommunikation) bereits auf zahlreiche Ansätze und Lösungsvorschläge z.B. für optische Rack-to-Rack Verbindungen oder elektrooptische Leiterplatten zurückgegriffen werden kann, ist es für die neuen Anforderungen notwendig, ebenenübergreifende Lösungen zu finden. Dazu wird im Rahmen dieser Arbeit der Begriff der Gerätekommunikation eingeführt, welcher Anwendungen außerhalb der klassischen Computerarchitektur umfasst. Hierbei gilt es, Lösungen für geräteintegrierte optische Netzwerke, 3D-Opto-MID Baugruppen sowie Koppelprinzipien zu erarbeiten. Besonders bei zuletzt genannten können optische Systeme durch das Fehlen geeigneter Strategien für die bidirektionale Buskopplung nicht mit ihren elektrischen Pendants konkurrieren.

In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, ein innovatives, unterbrechungsfreies Prinzip für die Kopplung von Multimodewellenleitern zu entwickeln, welches es erlaubt, richtungsabhängige Koppelraten zu erzielen ohne die Koppelpartner auftrennen zu müssen. Durch diese asymmetrische Kopplung ist es möglich, hohe Leistungspegel in einen optischen Bus einzukoppeln bei gleichzeitig moderaten Koppelraten bei Signalen, die aus dem Bus auskoppeln. Dadurch ist man im Stande, das Bussignal für eine Vielzahl an Teilnehmern in einem ausgedehnten optischen Netzwerk zur Verfügung zu stellen, ohne dass der Pegel im Bus zu schnell unter die Detektierungsschwelle sinkt. Diese Funktionalität fehlt in bekannten Koppelansätzen und verhinderte bisher, dass sich optische Bussysteme etablieren konnten.

Für die Untersuchung des Koppelprinzips kommt zunächst eine zweistufige Simulation zum Einsatz, bei der zwei unabhängige Simulationsmethoden (Ray Tracing und Beam Propagation Method) aufeinander aufbauend verwendet werden. Im Anschluss daran werden geeignete Technologien für eine Umsetzung geprüft. Mithilfe flexibler, fotolithografisch hergestellter Multimodewellenleiter auf Foliensubstraten erfolgen der Aufbau und die Charakterisierung des Koppelelements. Unter Verwendung eines neuartigen Messaufbaus mit visueller Echtzeitüberwachung der Koppelstelle konnten mit Werten von 0,5 (Einkopplung in den Bus) und 0,15 (Auskopplung aus dem Bus) deutlich asymmetrische Koppelraten an ein und derselben Koppelstelle erzielt werden.