Mikrowellenphotonik

Mikrowellenphotonik ist ein interdisziplinäres Forschungsfeld, das Mikrowellensysteme und Photonik verbindet. Ziel ist es, Mikrowellen- oder RF-Signale durch optische Techniken zu erzeugen, zu übertragen, zu verarbeiten und zu detektieren. Durch die Verwendung von Lichtquellen, Modulatoren, integrierten Photonik-Plattformen und optischen Filtern lassen sich Signale über Glasfaser breitbandig transportieren und komplexe Funktionen mit hoher Bandbreite realisieren.

Zu den zentralen Technologien gehören Laserquellen, elektro-optische Modulatoren (etwa LiNbO3- oder Silizium-Photonik-Modulatoren), hochleistungsfähige Photodetektoren und integrierte Photonik-Plattformen (Silizium, III-V-Materialien). Ergänzend kommen optische Verzögerungslinien, Mikroresonatoren, Frequenzvervielfacher und optische Filter zum Einsatz. Durch die Kopplung von elektrischer und optischer Domäne über Optoelektronik lassen sich RF-Signale in der optischen Domäne verarbeiten, speichern oder verzögern und wieder in elektrische Signale rückführen.

Anwendungsbereiche umfassen die verteilte RF-Übertragung über Glasfaser (RF-over-Fiber), drahtlose Signalausleitung, Phased-Array-Antennen, Radar- und Sensingsysteme sowie die Generierung und Manipulation von Terahertz-Signalen. Mikrowellenphotonik-Ansätze ermöglichen optische Filterung, Verzögerung (True-Time-Delay) und hochfrequente Signalverarbeitung mit großer Bandbreite. In der Forschung wird außerdem an integrierten Schaltungen gearbeitet, die Mikrowellenphotonik on-chip ermöglichen.

Herausforderungen sind Rauschverhalten, Linearität, Dynamikbereich und thermische Stabilität. Die Integration auf chip- oder paketniveau, Kosten, Anwendungsstandards und Kompatibilität mit bestehenden RF-/Hochfrequenzsystemen bleiben zentrale Themen. Die Entwicklung zielt auf leistungsfähige, skalierbare Photonik-basierte Lösungen für künftige Kommunikations- und Radarsysteme ab.