Raytheon erhält Phase-1-Vertrag für all-optische PICASSO-Schaltungen

Phase-1-Dauer18 MonateGesamtprojektdauer36 MonateGesamtfördervolumen35 Millionen US-Dollar

Raytheons Ansatz zur rein optischen Signalverarbeitung

Derzeitige photonische Schaltkreise wandeln Lichtsignale in elektrische Signale um, bevor sie verarbeitet werden (O-E-O-Switching). Dieser Zwischenschritt verursacht Latenzen und Qualitätsverluste. Raytheon verfolgt einen anderen Weg: Die Signalverarbeitung soll komplett im Licht erfolgen, sodass der Umwandlungsschritt entfällt. Ziel ist eine Beschleunigung der Reaktionszeit um mehrere Zehntel Sekunden bis hin zu Mikrosekunden – ein entscheidender Vorteil bei der Analyse von Bedrohungen, Radar-Surveillance und der Gegensteuerung von Hyperschallwaffen oder Drohnen.

“By moving critical processing entirely into the optical domain, we can enable significantly faster response times for a broad range of applications.”

Colin Whelan, President of Advanced Technology, Raytheon

DARPA PICASSO-Programm: Ziele und Phasenstruktur

Das DARPA-Programm PICASSO (Photonic Integrated Circuit Architectures for Scalable System Objectives) ist in zwei 18-monatige Phasen unterteilt. Phase 1 konzentriert sich auf die Demonstration von Schaltungsarchitekturen, die optisches Rauschen und Übersprech-Moden (Crosstalk) minimieren. Nach einer selektiven Down-Selection folgt Phase 2, in der funktionsfähige Prototypen für konkrete militärische Anwendungsszenarien, etwa Radar- oder Kommunikationssensoren, entwickelt werden. Das gesamte Projekt erstreckt sich über 36 Monate und ist mit etwa 35 Millionen USD vom DARPA Microsystems Technology Office (MTO) ausgestattet.

Physikalische Vorteile rein optischer Verarbeitung

Der Verzicht auf die O-E-O-Transduktion eliminiert Qualitätsverluste, die bei der Umwandlung von Licht in Elektrizität entstehen. Raytheon strebt die Entwicklung von “Very Large-Scale Photonic Integration” (VLPI) an – photonische Systeme, die auf System-Ebene dicht integriert und robust gegenüber Streuung und Rückreflexionen sind. Theoretisch können dadurch Reaktionszeiten um mehrere Zehntel Sekunden reduziert werden, was insbesondere im Hochgeschwindigkeitskampf von Nutzen ist.

Partner Synopsys und Design-Tools

Für die Entwurfs- und Simulationsphase arbeitet Raytheon mit dem Halbleiter-EDA-Anbieter Synopsys zusammen. Synopsys liefert spezielle Design- und Verifikationssoftware, die Lichtausbreitung, Signalintegrität und Fertigungsmodelle simulieren kann. Damit wird die Entwicklung von photonischen Schaltkreisen beschleunigt und das Risiko von Design-Fehlern reduziert.

Processing Information With Light

Zentrales Ziel des DARPA-PICASSO-Programms ist es, photonische Schaltkreise in ihrer Architektur derart zu optimieren, dass sie im Unterschied zu bestehenden Lösungen den Zwischenschritt von optisch-elektrischer Umwandlung eliminieren können. Die Forschung wird in zwei Phasen durchgeführt, wobei in Phase 1 bis 2027/2028 vor allem Rausch- und Übersprech-Moden analysiert und Schaltungstechnik entwickelt werden. Nach einer selektiven Down-Selection folgt Phase 2, in der funktionale Prototypen für militärische Einsatzszenen wie Sensoren oder Kommunikationsmodule entwickelt werden. Das Projekt wird mit einem Fördervolumen von insgesamt 35 Millionen US-Dollar ausgestattet.

Ein entscheidender technologischer Vorteil ist die Vermeidung der O-E-O-Transduktion, die bisherige photontische Systeme behinderte. Stattdessen zielt Raytheon darauf ab, durch neuartige Architekturen und Fertigungsansätze sehr dichte und leistungsstarke Schaltungen zu bauen – ein Entwicklungsziel, das als “Very Large-Scale Photonic Integration” (VLPI) bezeichnet wird. Um dies zu ermöglichen, arbeitet Raytheon eng mit Synopsys zusammen, die Entwurfs- und Simulationswerkzeuge für optische Schaltkreise bereitstellt.

Anwendungsbereiche im militärischen Umfeld

• Radar- und Sensorfusion für schnelle Bedrohungsanalyse
• Kommunikationsnetzwerke mit minimaler Latenz
• Steuerung von Hyperschallwaffen und Drohnen
• Elektronische Kampfführungssysteme, die große Datenströme in Echtzeit verarbeiten

Risiken und Gegenargumente

• Optisches Rauschen und Akkumulation von SignalverlustenIn komplexen photonischen Schaltkreisen sammelt sich optisches Rauschen an, wodurch die Signalintegrität im Vergleich zu digitalen Logikschaltungen geringer bleibt. Dies kann die Tiefe der Verarbeitung ohne externe Verstärkung begrenzen.
• Thermische Empfindlichkeit und FertigungstoleranzenPhotonische Schaltkreise benötigen präzise Fertigungstechnologien und sind stark von Temperaturschwankungen beeinflusst. Dies birgt Risiken für die Langzeitreliabilität speziell in militärischen Einsatzumgebungen.