Signaalinkäsittelyä valolla ja ultraäänellä

Bar-Ilan yliopiston vetämä tutkimusryhmä tuo yhteen valo- ja ultraääniaallot toteuttamaan erittäin kapeat mikroaaltosignaalien suodattimet piille integroiduissa piireissä. Pinta-akustisten aaltojen hitaus mahdollistaa pitkien viiveiden kertymisen sirulle.

Analogisten mikroaaltotaajuisten signaalien käsittely optisilla välineillä tulee yhä tärkeämmäksi osaksi kehittyviä solukkoverkkoja. Mikroaaltoisten fotonisten suodattimien integrointia sirutasolla, erityisesti piihin, pidetään välttämättömänä niiden laajamittaista käyttöönottoa ajatellen.

Monet nykyiset mikroaaltoiset fotoniset järjestelmät on rakennettu erilliskomponenteista ja pitkistä optisista kuitureiteistä eivätkä ne siten oikein sovellus integroiduille piireille.

"Koska valon nopeus on niin nopea", sanoo professori Avi Zadok Bar-Ilanin yliopistosta Israelista, "sirutila loppuu ennen kuin tarvittavat viivästykset saadaan aikaan. Vaaditut viiveet voivat olla yli sata nanosekuntia mutta optisena polkuna se on yli kymmenen metriä pitkä! Vaikka se piille mahtuisikin, sen tehohäviö olisi kohtuuton."

Viiveet vaativatkin erityyppisen aallon, joka kulkee paljon hitaammin. Äskettäin Zadok ja hänen tiiminsä ja yhteistyökumppanit heprealaisesta yliopistosta ja Tower Semiconductorsilta ehdottavat uutta ratkaisua.

He toivat yhteen valo- ja ultraääniaallot ultrakapeiden mikroaaltosignaalien suodattimiksi integroitavissa piipiireissä. Konsepti antaa suuren vapauden suodattimien suunnittelulle.

Tohtorikoulutettava Moshe Katzman kertoo: "Olemme oppineet muuntamaan mielenkiinnon kohteena olevat informaation valoaaltojen muodossa ultraäänisiksi, pinta-akustisiksi aalloiksi ja sitten takaisin optiikaksi. Akustiset pinta-aallot kulkevat nopeudella, joka on 100 000 hitaampi. Pystymme vastaamaan piisirumme tarvitsemiin viivästyksiin alle millimetrin sisällä ja kohtuullisilla häviöillä."

Akustiset aallot ovat palvelleet tietojenkäsittelyä 60 vuoden ajan, mutta niiden sirutason integrointi valoaaltojen rinnalle on osoittautunut hankalaksi.

Osa uuden ratkaisun vetovoimasta on yksinkertaisuus. Laitteiden valmistus perustuu jo tuttuihin piiaaltojohtimiin. Toteutetut suodattimet ovat hyvin kapeakaistaisia: suodattimien päästökaistojen spektrileveys on vain 5 MHz.

Kapeakaistaisten suodattimien toteuttamiseksi informaatiota kantavat pinta-akustiset aallot painetaan lähtövalon aaltoon useita kertoja. Tohtorikoulutettava Maayan Priel kertoo: "Akustinen signaali ylittää valopolun, asettelusta riippuen jopa 12 kertaa. Jokainen tällainen tapahtuma tulostaa kopion kiinnostavasta signaalistamme optiselle aallolle. Hitaan akustisen nopeuden vuoksi nämä tapahtumat erotetaan pitkillä viiveillä. Suodattimet toimivat niiden kokonaissummalla."

Aiheesta aiemmin:

Pii ja fotoniikka löytävät toisensa

Piilaser saa tehonsa ääniaalloilla

Fononinen suodatin mullistaa signaalinkäsittelyä