Ohjelmoitava monitoiminen integroitu mikroaaltofotonipiiri

Twenten yliopiston tutkijat ovat yhteistyössä Hongkongin kaupungin yliopiston kanssa suunnitelleet huippuluokan ohjelmoitavan fotonisirun ohutkalvoiseen litiumniobaattialustaan (TFLN), joka on tärkeä materiaali fotoniikassa.

Nature Communicationsissa julkaistu työ tasoittaa tietä seuraavan sukupolven tehokkaille tutka- ja viestintäsovelluksille.

Perinteiset radiotaajuussuodatustekniikat (RF) ovat yhä riittämättömiä vastaamaan tulevien viestintäjärjestelmien vaatimuksiin, jotka edellyttävät suurta kaistanleveyttä, ohjelmoitavuutta, monitoiminnallisuutta sekä tilavuuden, painon ja virrankulutuksen vähentämistä.

Integroidut mikroaaltofotonisuodattimet (MWP) hyödyntävät fotonikomponenttien luontaisia laajakaistaisia ja joustavia viritysominaisuuksia yhdistettynä olemassa oleviin fotoni-integraation tekniikoihin luodakseen uuden polun RF-signaalin käsittelylle.

Keskeinen läpimurto tässä uudessa tutkimuksessa on sirun ohjelmoitavuus. Integroimalla TFLN-modulaattorin ohjelmoitavien komponenttien verkkoon tutkijat ovat kehittäneet joustavan sirun, joka käsittelee radio- ja valosignaaleja.

Toisin kuin perinteiset fotonipiirit, joissa on kiinteät toiminnot, tämä siru voidaan konfiguroida dynaamisesti uudelleen erilaisiin signaalinkäsittelytehtäviin, aivan kuten elektroniset sirut. "Tämä edistys tuo meidät lähemmäksi todellisia sovelluksia korkean suorituskyvyn viestintä- ja tutkajärjestelmissä", sanoi tohtori Chuangchuang Wei. Näiden sirujen onnistunut integrointi, ohjelmoitavuus ja massavalmistusmahdollisuudet korostavat TFLN:n kriittistä roolia fotoniteknologioiden tulevaisuuden kannalta.

Teknisesti tässä työssä esiteltiin helposti uudelleen konfiguroitava TFLN MWP -piiri, jossa on kolme erillistä toimintoa kompaktissa jalanjäljessä. Integroimalla intensiteettimodulaattorin ja peräkkäin ohjelmoitavia mikrorengasresonaattoreita yhdelle sirulle on saatu aikaan viritettävä kapeaestoinen suodatin (notch filter).

Se voidaan virittää 20 GHz:n taajuusalueella ja se voi vaihtaa yksikaistaisen ja kaksikaistaisen toiminnan välillä säilyttäen samalla yli 60 dB:n hylkäyssuhteen. Linearisointimenetelmä vaimentaa IMD3:a 34 dB:llä ja nostaa suodattimen SFDR:n arvoon 110 dB 1 Hz:llä. Lisäksi suuritehoiset häiriösignaalit, jotka ovat taajuudeltaan hyvin lähellä kiinnostavaa signaalia, voidaan vaimentaa 56 dB:llä.

Tutkijoiden mukaan työ merkitsee ensimmäistä esittelyä monitoimisesta MWP-piiristä TFLN-alustalla, ja toteutetut parannusstrategiat tarjoavat selkeän polun saavuttaa vieläkin korkeampi suorituskyky.

Aiheesta aiemmin:

Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn

Fotonikomponentteja RF-signaalin käsittelyyn