Yhden sirun mikroaaltofotoniikan järjestelmä

Gentin yliopiston ja imec tutkimuslaitoksen tutkijoiden ryhmä on julkaissut demonstraation täysin integroidusta yksisiruisesta mikroaaltofotoniikkajärjestelmästä, joka yhdistää optisen ja mikroaaltosignaalinkäsittelyn yhdelle piisirulle.

Siru yhdistää nopeita modulaattoreita, optisia suodattimia, valoilmaisimia sekä siirtotulostettuja lasereita, mikä tekee siitä kompaktin, itsenäisen ja ohjelmoitavan ratkaisun korkeataajuiseen signaalinkäsittelyyn. Tämä läpimurto voi korvata kookkaat ja virtaa kuluttavat komponentit, mikä mahdollistaa nopeammat langattomat verkot, edullisen mikroaaltoanturoinnin ja skaalautuvan käyttöönoton sovelluksissa, kuten 5G/6G, satelliittiviestintä ja tutkajärjestelmät.

Nykyaikaiset tietoliikenneverkot perustuvat sekä nopeisiin valokuituyhteyksiin että langattomaan radiotaajuiseen mikroaaltotiedonsiirtoon. Koska suurempien tiedonsiirtonopeuksien ja korkeampien taajuuksien kysyntä kasvaa, uudet järjestelmät tarvitsevat paljon tiiviimpää integraatiota näiden kahden tietoliikennemuodon välille, jotta voidaan ratkaista signaalinkäsittelyn monimutkaisuuden, suurten siirtohäviöiden ja virtaa kuluttavan elektroniikan aiheuttamat haasteet.

Mikroaaltofotoniikka tarjoaa lupaavan ratkaisun käyttämällä optista teknologiaa korkeataajuisten signaalien käsittelyyn pienemmällä häviöllä, suuremmalla kaistanleveydellä ja paremmalla energiatehokkuudella.

Useimmat mikroaaltofotoniikkajärjestelmät kuitenkin perustuvat kookkaisiin, kuitupohjaisiin arkkitehtuureihin, jotka rajoittavat skaalautuvuutta. Sitä vastoin mikroaaltofotoniikan integrointi sirulle voisi mahdollistaa skaalautuvampia ja energiatehokkaampia järjestelmiä, mutta varhaisista kokeellisista demonstraatioista on joko puuttunut keskeisiä toimintoja tai ne ovat vaatineet ulkoisia komponentteja täyden suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Imec ja Gentin yliopisto esittelevät nyt piifotonimoottorin, joka käsittelee ja muuntaa sekä optisia että mikroaaltosignaaleja yhdellä sirulla. Tämän uuden järjestelmän keskeinen innovaatio on uudelleenkonfiguroitavan modulaattorin ja ohjelmoitavan optisen suodattimen yhdistelmä, joka mahdollistaa mikroaaltosignaalien tehokkaan moduloinnin ja suodatuksen samalla, kun signaalihäviö vähenee merkittävästi.

Tämä ainutlaatuinen yhdistelmä parantaa kokonaissuorituskykyä, jolloin järjestelmä pystyy käsittelemään monimutkaisia signaalinkäsittelytehtäviä joustavammin ja tehokkaammin monenlaisissa sovelluksissa.

Siru on rakennettu Imecin standardin mukaiselle iSiPP50G-piifotoniikka-alustalle, joka sisältää vähähäviöisiä aaltojohteita ja passiivikomponentteja, nopeita modulaattoreita ja ilmaisimia sekä termo-optisia vaiheensiirtimiä optisen vasteen virittämiseksi.

Integroidun valonlähteen aikaansaamiseksi tutkijat sisällyttivät sirulle indiumfosfidi (InP) -optisen vahvistimen käyttämällä fotoniikan tutkimusryhmässä (imec/Ghent yliopisto) kehitettyä mikrosiirtotulostustekniikkaa. Yhdessä sirulla olevien viritettävien suodinpiirien kanssa tämä mahdollistaa optisen vahvistimen toiminnan laajasti viritettävänä laserina, mikä parantaa entisestään järjestelmän monipuolisuutta.

Aiheesta aiemmin:

Fotonikomponentteja RF-signaalin käsittelyyn

Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn