Maximilian Froitzheim erhält den Georg-Helm-Preis der TU Dresden

Am Samstag, den 8. Februar 2025, fand die festliche Verleihung des Georg-Helm-Preises statt. Mit diesem Preis zeichnet der Verein zur Förderung von Studierenden der Technischen Universität Dresden e.V. jährlich drei herausragende wissenschaftliche Arbeiten von Studierenden und Promovierenden der TU Dresden aus. Einer der diesjährigen Preisträger ist Maximilian Froitzheim, Absolvent der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik. Er wurde für seine hervorragende Diplomarbeit „Untersuchung eines duo-binären Lasertreibers“ ausgezeichnet.

In seiner Arbeit untersucht der Preisträger die Erzeugung und direkte Modulation eines Lasers mit einem dreistufigen duobinären Datensignal für die elektrooptische Nachrichtenübertragung. Der große Vorteil eines duobinären Signals gegenüber herkömmlichen binären Signalen ist, dass es nur halb so viel Bandbreite benötigt. Dadurch können die maximale Datenrate und die Effizienz eines Übertragungssystems erheblich gesteigert werden. Während die duobinäre Signalübertragung bereits seit den 1960er Jahren bekannt ist und hauptsächlich in elektrischen Verbindungen eingesetzt wird, findet sie in optischen Kommunikationssystemen bisher kaum Anwendung. In den wenigen bekannten Arbeiten wird das duobinäre Signal über einen Kodierer elektrisch erzeugt und dann über den Laser auf das optische Signal moduliert. Dies erfordert eine hohe Senderkomplexität und hat gleichzeitig eine hohe Leistungsaufnahme. Herr Froitzheim dagegen hat in seiner Arbeit wissenschaftliches Neuland betreten und den innovativen Ansatz verfolgt, mit dem das duobinäre optische Signal ohne Kodierer erzeugt werden kann. Dafür wird der Laser direkt in den Treiberentwurf integriert und seine Frequenzcharakteristik explizit genutzt, um das duobinäre Signal direkt zu erzeugen. Das duobinäre Signal liegt nur noch optisch vor, der Treiberentwurf hat dadurch wesentlich weniger Randbedingungen. Der Lasertreiber erreicht dabei in den Simulationen eine Datenrate von ca. 67 GBit/s bei einer Leistungsaufnahme von nur 154 mW und zeigt damit das Potential der schnellste und energieeffizienteste elektro-optische duobinäre Sender der Welt zu sein.

„Die Qualität der Arbeit geht weit über die Anforderungen an eine Diplomarbeit hinaus und zählt zu den besten, die ich in meiner Tätigkeit als Ingenieur und Professor gesehen habe“, so der Betreuer der ausgezeichneten Diplomarbeit und Inhaber des Lehrstuhls für Schaltungstechnik und Netzwerktheorie, Prof. Frank Ellinger. „Herr Froitzheim hat in seiner Diplomarbeit zahlreiche, wissenschaftlich sehr anspruchsvolle Fragestellungen bestens beantwortet und mit seinen Ergebnissen den Stand der Technik deutlich verbessert.“

Die gewonnenen Erkenntnisse zur Erzeugung bzw. Modulation eines duobinären Signals bieten auch sehr gute Anknüpfungspunkte für weitere Arbeiten, die Herr Froitzheim – inzwischen Mitarbeiter und Doktorand am Lehrstuhl für Schaltungstechnik und Netzwerktheorie – im Rahmen seiner Promotion untersuchen möchte. Zum einen ist zu erwarten, dass mit zukünftigen Lasern höherer Bandbreite noch schnellere duobinäre Datensignale erzeugt und übertragen werden können. Das Erreichen hoher Datenraten bei sehr geringem Energiebedarf wird in Zukunft generell eine immer größere Bedeutung für den nachhaltigen Betrieb von Systemen der Informations- und Kommunikationstechnik haben. Darüber hinaus soll in einem zukünftigen Forschungsprojekt ein komplementärer optisch-elektrisch duobinärer Empfänger entstehen – das fehlende Puzzlestück, mit dem der Lehrstuhl für Schaltungstechnik und Netzwerktheorie einen weltweit einzigartigen optisch-duobinären Kommunikationskanal aufbauen kann. Weiterhin besteht ein großes Potenzial die theoretischen Ansätze von Froitzheim auch auf andere Anwendungsfälle auszuweiten und beispielsweise für die energieeffiziente Datenübertragung über drahtgebundene elektrische Verbindungen oder drahtlose Funkverbindungen zu nutzen.

Maximilian Froitzheim hat für seine herausragende Abschlussarbeit neben dem Georg-Helm-Preis bereits den Johannes-Görges-Preis für die beste Abschlussarbeit der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik im Jahr 2024 erhalten. Wir gratulieren ihm herzlich zu diesen beiden Auszeichnungen und wünschen ihm weiterhin viel Erfolg.