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(Integrated fiber optical receiver reducing the gap to the quantum limit) [SCIENTFIC REP.2017]

Ergebnisse des Experiments mit einem, auf SPADs basierenden, optischen Faserempfänger in einer 0,35μm PIN-Fotodioden CMOS Technologie wurden präsentiert. Um die parasitären Effekte der SPAD auszugleichen wurden vier Empfänger implementiert. Die SPAD besteht aus einer Multiplikations- und einer dicken Absorptionszone um eine hohe Photonendetektionswahrscheinlichkeit (PDP) zu erhalten. Weiters wurden kaskodierte Quencher implementiert um die zu quenchende Spannung auf das doppelte der üblichen Versorgungsspannung zu bringen (z.B. von 3,3V auf 6,6V). Diese Maßnahme ermöglicht es die PDP weiter zu erhöhen. Gemessene Empfindlichkeiten von -55,7dBm bei einer Datenrate von 50 Mbit/s und -51.6dBm bei 100Mbit/s für eine Wellenlänge von 635nm und einer Bit-Fehler Wahrscheinlichkeit von 2x10-3, was ausreichend ist, um eine Fehlerkorrektur durchzuführen, wurden erreicht. Mit diesen Ergebnissen wurde ein weiterer Schritt der direkten optischen Empfänger hinsichtlich Empfindlichkeit in Richtung Quantenlimit getan.

Foto eines 4-fach SPAD Empfängers mit Bonddrähten und eingezeichneten Schaltungsblöcken.

4-SPAD optischer Empfänger

Außer dem 4-SPAD optischen Empfänger wurden im FWF Projekt SPOR SPADs mit dicker Absorptionszone, aktive Quencher- und Gater-Schaltungen für hohe Überspannungen und deshalb erhöhte Photonennachweiswahrscheinlichkeit erfolgreich untersucht. Das Ziel von -55dBm Empfindlichkeit von SPAD Empfängern bei 100Mb/s wurde mit 54.6dBm fast erreicht. Verglichen mit optischen Empfängern, die Lawinenphotodioden im linearen Betriebsmodus verwenden und bis auf 20dB an das durch die Poisson-Statistik gegebene Quantenlimit herankommen, reduzierte ein gatender SPAD Empfänger in SPOR den Abstand zum Quantenlimit bei 20Mb/s auf 8.1dB, bei 50Mb/s auf 9.9dB und bei 100Mb/s auf ca. 14dB. SPAD Empfänger erreichen somit um 6-12dB bessere Empfangsempfindlichkeiten als APD-Empfänger und übertreffen pin-Photodiodenempfänger um 16-22dB. Für mehr Details und Ergebnisse klicken Sie bitte "Zur Publikationsliste".