Mit seiner erfolgreich an der TU Berlin abgeschlossenen Dissertation „Monolithically Integrated InP Polarization Diversity Coherent Receivers“ hat Hendrik Boerma, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI), bedeutende Fortschritte in der photonikbasierten Kommunikationstechnologie erzielt. Seine Forschung liefert einen entscheidenden Beitrag zur Weiterentwicklung kohärenter optischer Datenübertragung, dem Grundpfeiler weltweiter Konnektivität.
Innovationen in der kohärenten optischen Datenübertragung und integrierten Lasern
Kohärente Empfänger sind essenzielle Komponenten für Übertragungsnetze mit hoher Datenrate, insbesondere bei komplexen Modulationsformaten wie DP-16-QAM (Dual Polarization 16-Quadrature Amplitude Modulation). Das Forschungsziel von Hendrik Boermas Arbeit war die Entwicklung Indiumphosphid-basierter, kohärenter Empfänger, die Polarisationsdiversität in Kombination mit hoher Bandbreite und Empfindlichkeit integrieren. Für effiziente Polarisationskonversion und Modenteilung nutzte die Arbeit einen neuartigen Ansatz, der auf adiabatischer Modenentwicklung basiert — ein zentraler technologischer Durchbruch.
Mit diesem Integrationsansatz konnten Hendrik Boerma und das Team am Fraunhofer HHI einen vollständig monolithisch integrierten Empfängerchip mit herausragenden Leistungsmerkmalen entwickeln: einen Chip mit über 17 dB Polarisations-Extinktionsverhältnis, 95 GHz Bandbreite und einer Empfindlichkeit von 0,08 A/W.
Ein weiteres Highlight von Hendrik Boermas Dissertation ist die Realisierung eines abstimmbaren Lasers mit einer Rekordlinienbreite von nur 8,2 kHz — der bislang schmalsten Linienbreite, die mit einem monolithisch integrierten Laser in Indiumphosphid erreicht wurde. Dieser Laser ist von zentraler Bedeutung für die Demodulation höherer Datenmodulationsformate wie 64-QAM und trägt zur Optimierung kohärenter Empfangssysteme bei, da er eine äußerst präzise und stabile Demodulation ermöglicht.
Neue Erkenntnisse für Wissenschaft und Industrie
Neben der signifikanten Verbesserung und Diversifikation von photonisch integrierten Schaltkreisen in InP, ebnet diese Forschung den Weg für zukunftsweisende Anwendungen in weiteren Bereichen wie Quantenkommunikation und Mikrowellenphotonik. Die Fähigkeit, komplette photonisch integrierte Chips mit vielfältigen Komponenten — wie Wellenleiterstrukturen, Photodioden und Lasern — in einem einzigen Halbleitermaterial herzustellen, bietet immense Vorteile für Effizienz und Skalierbarkeit.
Hendrik Boerma vertiefte sein Interesse an Photonik während seines Elektrotechnikstudiums an der TU Berlin und begann 2017 seine Forschungstätigkeit als studentische Hilfskraft am Fraunhofer HHI. Mit insgesamt 26 Publikationen im Rahmen der Arbeit sowie den spezifischen Forschungsresultaten untermauert diese Dissertation seine bemerkenswerte Kompetenz im Bereich photonischer Integration.
Einordnung und Zusammenarbeit
Seine Arbeit wurde von einem Team aus Expert*innen der Photonik betreut, bestehend aus Doktorvater Prof. Martin Schell (ehemals Fraunhofer HHI), Komiteevorsitzendem Prof. Michael Lehmann (TU Berlin), Gutachter Prof. Kevin Williams (TU Eindhoven), Gutachterin Prof. Anna Lena Schall-Giesecke (Universität Duisburg-Essen) und Betreuer Dr. Patrick Runge (Fraunhofer HHI).
Die Forschung steht exemplarisch für den Erfolg des Fraunhofer HHI als wegweisendes Institut in der Photonik. Sie zeigt, wie wissenschaftlich exzellente Arbeiten nicht nur die Grenzen des technologisch Machbaren erweitern, sondern auch konkrete Verbesserungen für industrielle Anwendungen liefern.