Исследователи опубликовали демонстрацию полностью интегрированной однокристальной системы микроволновой фотоники, объединяющей обработку оптических и микроволновых сигналов на одном кремниевом чипе.
Основные характеристики чипа:
* высокоскоростные модуляторы;
* оптические фильтры;
* фотодетекторы;
* лазеры, нанесённые методом переноса.
Чип представляет собой компактное, автономное и программируемое решение для высокочастотной обработки сигналов.
Этот прорыв может заменить громоздкие и энергоёмкие компоненты, обеспечивая:
* более быстрые беспроводные сети;
* недорогие микроволновые датчики;
* масштабируемость в таких приложениях, как 5G/6G, спутниковая связь и радиолокационные системы.
Работа исследовательских групп Photonics Research Group и IDlab из Гентского университета и исследовательского центра imec, специализирующегося на наноэлектронике и цифровых технологиях, опубликована в журнале Nature Communications.
Современные коммуникационные сети используют как высокоскоростные волоконно-оптические линии, так и беспроводную радиочастотную микроволновую передачу. Однако по мере роста спроса на более высокие скорости передачи данных и работу на более высоких частотах новые системы требуют более тесной интеграции этих двух режимов связи для преодоления сложностей, связанных со сложностью обработки сигналов, высокими потерями при передаче и энергоёмкой электроникой.
Микроволновая фотоника предлагает многообещающее решение, используя оптические технологии для обработки высокочастотных сигналов с меньшими потерями, более широкой полосой пропускания и улучшенной энергоэффективностью. Однако большинство микроволновых систем фотоники основаны на громоздких волоконно-оптических архитектурах, которые ограничивают масштабируемость.
Интеграция микроволновой фотоники на чип может обеспечить более масштабируемые и энергоэффективные системы, но ранние экспериментальные демонстрации либо не имели ключевых функций, либо требовали внешних компонентов для достижения полной производительности.
Исследователи из imec и Гентского университета демонстрируют кремниевый фотонный двигатель, который обрабатывает и преобразует как оптические, так и микроволновые сигналы на одном чипе.
Ключевое нововведение в этой новой системе заключается в новой комбинации перестраиваемого модулятора и программируемого оптического фильтра, что обеспечивает эффективную модуляцию и фильтрацию микроволновых сигналов при значительном снижении потерь сигнала.
Эта уникальная комбинация повышает общую производительность, позволяя системе решать сложные задачи обработки сигналов с большей гибкостью и эффективностью для широкого спектра приложений.
Чип создан на стандартной кремниевой фотонной платформе iSiPP50G от imec, которая включает в себя волноводы с низкими потерями и пассивные компоненты, высокоскоростные модуляторы и детекторы, а также термооптические фазовращатели для настройки оптического отклика.
Для обеспечения интегрированного источника света исследователи использовали фосфид индия (InP) оптический усилитель (разработанный III-V Lab) на чипе с помощью технологии микропереноса, разработанной в исследовательской группе Photonics Research Group (imec/Гентский университет).
В сочетании с настраиваемыми на чипе схемами фильтров это позволяет оптическому усилителю функционировать как широко перестраиваемый лазер, что дополнительно повышает универсальность системы.
«Возможность интеграции всех основных компонентов микроволновой фотоники на одном чипе знаменует собой важный шаг на пути к масштабируемым и энергоэффективным системам высокочастотной обработки сигналов», — сказал профессор Вим Богаертс из исследовательской группы Photonics Research Group в Гентском университете и imec.
«Устраняя громоздкие внешние компоненты, эта технология открывает путь к более компактным и экономически эффективным решениям в беспроводных сетях следующего поколения и передовых сенсорных системах».