Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn

Hongkongin kaupungin yliopiston (CityUHK) professori Wang Chengin johtama tutkimusryhmä on kehittänyt maailman johtavan mikroaaltoisen fotonisirun, joka pystyy tekemään ultranopeaa analogista elektronista signaalinkäsittelyä ja laskentaa optiikan avulla.

Siru on 1000 kertaa nopeampi ja kuluttaa vähemmän energiaa kuin perinteinen elektroninen prosessori. Sille löytyy laaja valikoima sovelluksia, jotka kattavat 5/6G langattomat viestintäjärjestelmät, korkearesoluutioiset tutkajärjestelmät, tekoäly, tietokonenäkö sekä kuvan ja videon käsittelyt.

Langattomien verkkojen, esineiden internetin ja pilvipohjaisten palveluiden nopea laajentuminen on asettanut merkittäviä vaatimuksia taustalla oleville radiotaajuusjärjestelmille. Mikroaaltofotoniikka (MWP) -tekniikka, joka käyttää optisia komponentteja mikroaaltosignaalien tuottamiseen, siirtoon ja käsittelyyn, tarjoaa tehokkaita ratkaisuja näihin haasteisiin.

Integroidut MWP-järjestelmät ovat kuitenkin kamppailleet saavuttaakseen samanaikaisesti erittäin nopean analogisen signaalinkäsittelyn siruintegroinnin tasolla, korkealla tarkkuudella ja alhaisella tehonkäytöllä.

"Näihin haasteisiin vastaamiseksi tiimimme kehitti MWP-järjestelmän, joka yhdistää ultranopean sähköoptisen (EO) muuntamisen pienihävikkiseen, monitoimiseen signaalinkäsittelyyn yhdellä integroidulla sirulla, mitä ei ole aiemmin saavutettu", professori Wang Cheng selittää.

Tällaisen suorituskyvyn mahdollistaa integroitu MWP-prosessointiyksikkö, joka perustuu litiumniobaatin ohutkalvoiseen (LN) -alustaan, joka pystyy suorittamaan analogisten signaalien monikäyttöisiä käsittely- ja laskentatehtäviä.

"Siru pystyy suorittamaan nopeaa analogista laskentaa ultralaajalla 67 GHz:n prosessoinnin kaistanleveydellä ja erinomaisella laskentatarkkuudella", sanoo tohtoriopiskelija Feng Hanke yliopistonsa tiedotteessa.

Tiimi on omistautunut integroidun LN-fotonialustan tutkimiseen useiden vuosien ajan. Vuonna 2018 he ja kollegat Harvardin yliopistosta sekä Nokia Bell Labsista kehittivät maailman ensimmäiset CMOS-yhteensopivat integroidut sähköoptiset modulaattorit LN-alustalle, mikä loi pohjan nykyiselle tutkimusläpimurrolle. Litiumdiobaattia kutsutaan "fotoniikan piiksi" sillä sen tärkeys on verrattavissa piihin mikroelektroniikan alalla.

Heidän työnsä avaa uuden tutkimuskentän, eli LN-mikroaaltofotoniikan parissa, mikä mahdollistaa mikroaaltofotoniikkasirut pienikokoisina, korkealla signaalitarkkuudella ja alhaisella latenssilla; mutta se edustaa myös sirutason analogista elektronista käsittely- ja laskentakonetta.

Aiheesta aiemmin:

Erittäin nopeat laserit erittäin pienillä siruilla

Litimumniobaattia piin kaveriksi

Aikalinssi tuottaa ultranopeita pulsseja