Tobias Herr, Experte für ultraschnelle Lichtprozesse bei DESY und an der Universität Hamburg, hat mit seiner Gruppe Fördermittel für die Weiterentwicklung ihrer Forschung an Mikroresonatoren eingeworben. Der mit 150 000 Euro dotierte „Proof of Concept“-Grant vom Europäischen Forschungsrat ERC ist der erste dieser Art bei DESY. Proof-of-Concept-Grants sollen bereits durch den ERC geförderte Forschungsprojekte für kommerzielle Verwertung oder gesellschaftliche Anwendung vorbereiten. Die Forschung des Teams rund um Tobias Herr könnte Mobilfunk, autonome Mobilitätstechnologien und Dateninfrastrukturen extrem verbessern, weil es das Hintergrundrauschen, unter dem momentane Technologien leiden, stark reduzieren kann.

Viele Technologien wie Telekommunikation, Radar, Navigationssysteme und Datennetzwerke nutzen spezielle Schaltungen, die sehr schnelle, regelmäßige elektrische Signale erzeugen. Diese „Taktgeber“-Schaltungen basieren auf Mikrowellenoszillatoren. Einige davon sind recht kompakt, was ihren Einsatz attraktiv macht – aber ihre Technologie gerät oft an ihre Grenzen, weil zufällige Schwankungen oder Rauschen ihren Einsatz für neue Anwendungen wie 6G-Funknetze, selbstfahrende Autos und große KI-Rechenzentren behindern. 

Es gibt eine Technik, die ultrastabiles Laserlicht verwendet und dessen sehr hohe optische Frequenz in den Mikrowellenbereich unterteilt, um so viel rauschärmere Signale zu erzielen. Allerdings geht das bisher nur im Labor; außerdem sind diese Systeme sperrig, verbrauchen viel Strom und sind teuer. Es gab schon erste Versuche, diese Technik direkt auf Chips einzubauen. „Diese Versuche haben gezeigt, dass solche Systeme grundsätzlich mit Hilfe von photonischen integrierten Schaltkreisen – also Chips, die Licht statt elektrischen Strom leiten und verarbeiten – miniaturisiert werden können, aber sie brauchen immer noch viel große Technik rund um den winzigen Chip“, erklärt Wissenschaftler Tobias Herr. 

Hier setzt das Projekt „pureWAVE“ seiner Gruppe an. Es soll diese Einschränkung überwinden und die Technik vollständig auf einer skalierbaren photonischen Chip-Plattform implementieren. Wenn dieses Konzept funktioniert, könnte es das Rauschen, das  die Leistung in der Kommunikation und Sensorik direkt einschränkt, im Vergleich zu modernsten rein elektronischen Oszillatoren deutlich reduzieren.

 Im Rahmen des Proof-of-Concept-Projekts plant das Team, einen Prototypen dieses Oszillators im Chip-Maßstab zu bauen und anhand von Modellen und Laborexperimenten Designregeln abzuleiten. „Wenn das Projekt erfolgreich ist, wird pureWAVE Chip-Oszillatoren anbieten, die sich durch deutlich geringeres Phasenrauschen auszeichnen“, so Britta Redlich, Direktorin für den Bereich Forschung mit Photonen bei DESY. „Das verspricht bahnbrechende Fortschritte in den Bereichen Telekommunikation, autonome Mobilitätstechnologien und leistungsstarke Dateninfrastruktur.”