KIP-Veröffentlichungen

Für optisches neuromorphes Rechnen wird Silizium aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften häufig als Plattform für photonische integrierte Schaltungen (PICs) verwendet. Da Silizium jedoch ein Halbleiter mit indirekter Bandlücke ist, ist die Integration vieler aktiver Komponenten, insbesondere von Lasern, schwierig. Für diesen Zweck ist der Halbleiter Indiumphosphid (InP) mit direkter Bandlücke eine interessante Alternative zu Silizium als Plattform. Daher konzentriert sich diese Arbeit auf das Austesten von InP-Chips für optisches neuromorphes Rechnen. Zwei InP-Chips mit unterschiedlichen Teststrukturen wurden verwendet, um die aktiven Bauelemente auf dem Chip zu charakterisieren. Dazu wurden die Spektren der Laser und die Manipulation dieser Spektren durch die Verstärker und Modulatoren für Gleichstrom getestet. Die Strom-Spannungs-Kennlinien der Komponenten wurden gemessen, es wurde analysiert, wie die Leitung der On-Chip-Modulatoren für Hochfrequenzanwendungen durch die Bestimmung der S-Parameter optimiert werden kann und es wurde versucht, die elektrische Bandbreite der Modulatoren zu bestimmen. Darüber hinaus wurde versucht, eine neuromorphe Anwendung zu implementieren, die auf dem Konzept der Zeit-Wellenlängen-Verschränkung basiert. Das Ergebnis war, dass die Laserquellen, Photodioden und Modulatoren wie erwartet funktionierten, um in weiteren Anwendungen benutzt zu werden. Die Modulatoren funktionieren am besten für hohe Frequenzen, indem das Gerät mit einem Parallelwiderstand abgeschlossen wird und die Leitungen auf der Leiterplatte, die die elektrische Verbindung zum Chip herstellt, optimiert werden. Die On-Chip-Verstärker zeigen nicht zuverlässig die erwartete Leistung. Das Verhältnis von Signal zu Rauschen blieb unter den Erwartungen. Infolgedessen war es nicht möglich, Ergebnisse zur elektrischen Bandbreite zu erhalten, weshalb es auch nicht möglich war, Zeit-Wellenlängen-Verschränkung zu implementieren. Nichtsdestotrotz kann aus diesen Ergebnissen geschlossen werden, dass InP-Chips definitiv ein großes Potenzial als Lichtquellen und Detektoren für weitere Experimente in der Arbeitsgruppe,da die Laser, Modulatoren und Detektoren wie erwartet funktioniert haben.

For optical neuromorphic computing, silicon is widely used as a platform for photonic integrated circuits (PICs). However, since silicon is an indirect bandgap semiconductor, the integration of many active components is difficult. For this purpose, the direct bandgap semiconductor indium phosphide (InP) is an interesting alternative to silicon as a platform. Hence, this thesis focuses on testing InP chips for optical neuromorphic computing. Two InP-based chips with different test structures were used to characterize the on-chip active devices. Therefore, the spectra of the
lasers and the manipulation of these spectra by the amplifiers and modulators were analyzed in DC mode. The current-voltage characteristics of the components have been measured, it has been inspected how to optimize the conduction of the on-chip modulators for high-frequency applications by determining the S-parameters, and an attempt has been made to determine the electrical bandwidth of the modulators. Furthermore, an attempt has been tried to implement a neuromorphic application based on the concept of time-wavelength interleaving. The result was that the laser sources, photodiodes, and modulators performed as expected to be used in further applications. The modulators are best working for high frequency by terminating the device with a parallel resistor and by optimizing the conduction on the circuit board that provides the electric connection to the chip. The on-chip amplifiers do not perform as expected since the signal-to-noise ratio for some of the amplifiers is quite below expectations. Due to that, it was not possible to obtain electrical bandwidth results. It was also not possible to implement time-wavelength interleaving. Nevertheless, it can be concluded that InP chips definitely have great potential as light sources and detectors for further experiments in the research group, since the lasers, modulators, and detectors worked as expected.