Schnelle großflächige Metall-Halbleiter-Metall Photodetektoren für Bitraten bis zu 40 Gbit/s über Ø 1 mm optische Polymerfasern

Abstract:
Optische Polymerfasern (POF) sind eine vielversprechende Alternative zu Kupferleitungen für 10 Gbit/s Kurzstreckenverbindungen. Aufgrund des großen Kerndurchmessers (1 mm) werden eine einfache Handhabung und der Einsatz von kostengünstigen Steckern oder steckerfreien Anschlüssen ermöglicht. Im Hinblick auf die Photodetektoren stellt der große Durchmesser der POF jedoch eine besondere Herausforderung dar, da mit steigender Detektorfläche bei sonst identischen Parametern deren Bandbreite abnimmt. Kommerziell verfügbare großflächige Empfangsdioden für sichtbares Licht basieren meist auf Silizium PIN-Photodioden und besitzen eine Bandbreite von circa 0,5 GHz (Ø 0,8 mm) – 1 GHz (Ø 0,4 mm). Somit stellen die Empfangsdioden seit Jahren einen der begrenzenden Faktoren bei der Datenübertragung über 1 mm POF dar. Die Entwicklung neuer großflächiger Photodetektoren ist daher ein Hauptanliegen des BMBF-Projektes GigaPOMP (Gigabit-Photodioden mit MSM-Struktur für POF-Systeme) das seit 2010 an der Georg-Simon-Ohm Hochschule in Zusammenarbeit mit Industriepartnern durchgeführt wird. Im Rahmen dieses Projektes wurden neue Empfangsdioden basieren auf GaAs MSM-Strukturen entwickelt, welche eine Bandbreite von 7,8 GHz (Ø 1 mm), 8.6 GHz (Ø 0,7 mm) bzw. 11 GHz (Ø 0,4 mm) besitzen. Damit übertreffen diese Prototypen alle bisherig verfügbaren bzw. bekannt gewordenen Photodetektoren bei weitem. Mit diesen Empfangsdioden konnten z.B. Datenraten von bis zu 40 Gbit/s mit Pulsamplitudenmodulation (PAM-4) über Ø 1 mm POF demonstriert werden. Neben den oben beschriebenen Empfangsdioden werden auch Datenübertragungsexperimente mit diesen Empfängern vorgestellt. In Anlehnung an den 100 GbE Standard (4 x 25 Gbit/s über Kupfer Twinaxial-Kabel) wurden 25 Gbit/s über bis zu 15 m mit Non-Return-to-Zero (NRZ) übertragen. Diese Entfernung ist ausreichend um einen Großteil aller Inter- Rack Verbindungen zu realisieren. Damit ist die Ø 1 mm POF zu einer vielversprechenden Alternative zu den bisherigen kupferbasierten Lösungen geworden.