Optisches Sampling mit Sinc-Sequenzen

Heutzutage gibt es viele technologische Bereiche, die stark von der Digitalisierung und einem immer mehr zunehmenden Datenverkehr geprägt sind. Einige Beispiele hierfür sind die Entertainment-Branche, autonomes Fahren, Medizintechnik, die Einführung des 6G-Standards im Mobilfunk, Radaranwendungen oder allgemein verschiedenste internet-basierte Anwendungen. In all diesen Gebieten ist die Analog-zu-digital- sowie die Digital-zu-analog-Wandlung von Datensignalen essenziell und stellt oftmals einen Engpass dar, weil die von den Analog-zu-digital- und Digital-zu-analog-Wandlern handhabbaren Datenraten und Bandbreiten nicht mit dem vorhandenen Bedarf Schritt halten können.

In dieser Arbeit werden zunächst auf Sinc-Sequenzen basierende optische Samplingmethoden vorgestellt, wobei unter anderem demonstriert wird, wie sich hochbandbreitige Signale ohne Informationsverlust in Signale mit verringerter Bandbreite zerlegen lassen, sodass Begrenzungen von elektrischen Analog-zu-digital-Konvertern umgangen werden können. Weiterhin wird ein Konzept zur Erzeugung hochbandbreitiger optischer Signale erläutert, welches ebenfalls auf einem Samplingprozess mit Sinc-Sequenzen beruht und sich mittels niederbandbreitiger Komponenten umsetzen lässt. Somit lassen sich ebenso Bandbreitenbeschränkungen elektrischer Digital-zu-analog-Umsetzer aushebeln.

Schließlich werden die Wandlungs-Konzepte von digital zu analog sowie analog zu digital unter Beibehaltung ihrer Bandbreiten- und auch Samplingraten-Vorteile zusammengebracht und für den Aufbau eines agnostischen Sampling-Transceivers genutzt. Durch diesen wird es möglich, auf der Senderseite beliebige, niederbandbreitige Signale in einer größeren Bandbreite per Zeitmultiplexverfahren zu kombinieren, sodass diese gemeinsam übertragen werden können. Auf der Receiverseite lassen sich die zusammengefassten Signale wieder voneinander trennen und können einzeln empfangen werden. Eine besondere Eigenschaft des Gesamtsystems ist dabei, dass das Multiplexing und das anschließende Detektieren der Signale entsprechend der ausgearbeiteten Theorie unter Idealbedingungen gänzlich fehlerfrei, also ohne inhärenten systematischen Fehler, abläuft. Darüber hinaus lässt sich hervorheben, dass die Methoden, die beim agnostischen Sampling-Transceiver Verwendung finden, sich in Bezug auf die Optik, wie in den Experimenten gezeigt, mithilfe von Mach-Zehnder-Modulatoren realisieren lassen. Demgemäß profitieren die präsentierten Verfahren davon, dass sie grundsätzlich für eine kompakte, integrierte Umsetzung auf elektro-optischen Plattformen geeignet sind.