Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik (ATE) - ate.uni

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HF-ProfessorInnentreffen
12.–13 März 2008
Allgemeine und Theoretische
Elektrotechnik (ATE)
Daniel Erni
Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik (ATE),
Fakultät für Ingenieurwissenschaften,
Universität Duisburg-Essen,
Bismarckstrasse 81,
47057 Duisburg
www.ate.uni-due.de
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Zum Lehrstuhl ATE
(A) Mitarbeiter/innen:
ATE
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Vor 17 Monaten: ETH Zürich UDE
3 Doktoranden
1 Postdoktorand
1 Permanenter Wissenschaftler
1 Akademischer Rat (ab Mai)
3 Technische-/admin. Mitarbeiter/innen
(B) Infrastruktur:
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Kleines Mikrowellen-/Optiklabor
NWAs: 40GHz, 60GHz mit Waferprober
Spektrumanalysator: 40GHz
Samplingscope: 4GHz / 20GS/s
Wellentoter Raum
Optischer Endfire-Setup (im Aufbau)
High-end PC-Cluster (EM-Simulationen)
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Forschungsthemen
Optische Interconnects
Nanophotonik
Optische MIMO-Systeme Optische Chip-Interconnects
• MIMO-Prototyp für hochbitratigen oder robusten
optischen Multimode-Kanal auf PCB-Platinen
• Entwicklung möglichst einfacher Führungshilfen
für konventionelle Wellenleitertechnologien
EM / Optische Metamaterialien
Planare Mikrokavitäten • Optimierung der Resonatorgüte
CRLH-Metamaterialien Optische Nanostrukturen
• Skalierbare ZOR-Mikrowellenantennen-Arrays
• PhCs, optische Antennen, SPP-Koppler
Struktur- und Systemdesign
Numerische Strukturoptimierung • Inverses EM / photonisches 3D-Problem lösen
Allgemeines
• Kathodischer Korrosionsschutz
• Wavelet-based FDTD
• EM-Felder am TEXTOR, Jülich
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Metamaterialien
ZOR-Antenne
Lichtlinie
zeroth order
resonance
CRLH-Leitung
Einheitszelle
G = 16.4 dB
@ 2.42 GHz
S-Parameter
Antennengewinn (MoM-Sim.)
Im Prinzip ist die Antenne beliebig
in ihrer Fläche skalierbar !
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Höchstmodige Wellenleiter in PCBs
(A) Ionenaustausch
(B) Glasätzen
© ETH
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(C) Polymertechnologie
© FH Buchs
© IBM
J.-M. Lehky, D. Erni et al., ECIO’05, April 6-8,
Grenoble, France, 2005.
D. Erni, CTI Micro- and Nano Technologies Event
2004, Nov. 11, Neuchâtel, Switzerland, 2004.
L. Dellmann et al., EOS Topical Meeting - Optics in
Computing, April 21-23, Engelberg, Switzerland, 2004.
6 m in 90 s !
0.08 – 0.2 dB/cm
langsam (2…10 h)
Resistenz gegen HF ?
Bestentwickelter Prozess
0.028 dB/cm @ 850 nm !
(D) Multimode-Kanal
i pi
Wellenleiter
#69
#62
#5
#2
#1
p1
...
p69
g1 g69
Feldverteilung zeigt
räumliche Diversität
Diversität im k-Raum I
«Impulsverbreiterung»
Intermodale Dispersion
D. Erni, et al., EuMA Proc., vol. 3, no. 3, pp. 222-228, Sept. 2007.
Modenselektives opt. MIMO-System (für 410 Gb/s)
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5050 m, 494 Moden @ 850 nm
S-Kurve (L=106.3 cm, R=2 cm)
#1:
-1.9dB
#2:
-3.3dB
-11.2dB
#3:
-3.3dB
-14.4dB
Nicht abgebildet: Anregung #4 @ «12 o’clock»
Ausgangsfazette
nach F-Linse
Detektor
detektierte Signale
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Diversität im k-Raum II
Erste Vorstudien
SM Faserposition
#1:
#2:
12 Moden
CCD
Polymerfilmwellenleiter:
L = 2.5 cm
d = 12 m
mit FourierLinsen
(erste Experimente zusammen mit IBM Zürich)
Bandwidth (line) density:
VCSEL: 25 Gb/s, 1070 nm (NEC, März 2006),
4 Modengruppen 100 Gb/s 10 Tb/s/inch
D. Erni et al., ACES J., vol. 15, no. 2, pp. 43-60, July, 2000.
Strukturoptimierung I
Allgemeine Problemstellung
• Vision: Inverses 3D-Problem lösen!
Interpolation
Optimierungsverfahren
• Model-based
parameter estimation
• Suchheuristiken
• Strukturparametrisierung
Antwort
Modenkonverter
in SiO 2/SiON
Vorwärtslöser
• Schnelle 3D-Simulatoren
Prädiktor (Struktur)
Globale, z.B. biologisch
inspirierte Suchheuristiken
• 2D Modell
• behavioral model
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Strukturoptimierung II
T. Liebig, D. Erni, OWTNM 2008., June 13-14, Eindhoven,
The Netherlands, 2008.
Optisch induzierte Kräfte
Prinzip: Kräfte zeigen Richtung an, in welche
ein System verzerrt werden müsste, damit die
Gesamtenergie minimal wird.
r = 10
r = 1 m
= 1649 nm
Idee: Umgekehrte Richtung
führt zur Energiemaximierung:
«natürliche» Suchstrategie.
Vermutlich grösste, je erzielte Güte Q in einem einfachzusammenhängenden dielektrischen Resonatorvolumen.
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Herzlichen Dank.
Weitere Informationen:
www.ate.uni-due.de
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