Улучшение частоты микросхем
В полупроводниковой промышленности существует множество проблем, которые исследователи всего мира стремятся решить с помощью экспериментальных испытаний. Одной из таких проблем является неспособность адекватно обрабатывать микроволновые сигналы в беспроводных сетях, телекоммуникациях и радарах.
Эти применения требуют, чтобы несущие в высокочастотных (ВЧ) диапазонах имели сильные мгновенные полосы пропускания. Пропускная способность является требовательным фактором в реализации 5G и Интернета вещей (IoT). Исследователи из EPFL решили объединить микроволновую инженерию и оптоэлектронику для решения этой проблемы.
Метод оптических частотных гребенок
Команда исследователей из EPFL поставила перед собой цель получить возможность управлять светом с помощью кремниевой фотоники на частоте микросхемы. Исследователи разработали метод с использованием интегрированных солитонных гребенок, которые улучшили лазеры с частотой повторения до 10 ГГц. Света было достаточно, чтобы распространяться примерно на 1 метр в волноводе диаметром в 100 раз меньше, чем прядь человеческих волос.
Во время фотодетектирования исследователи создали фотонно-дамасский процесс из нитрида кремния, который проводился с использованием глубокой ультрафиолетовой шаговой литографии. Этот процесс приносит пользу существующим производственным предприятиям, предоставляя новую технологию для снижения потерь электроэнергии. Полученные волноводы из нитрида кремния обеспечивают наименьшие потери в фотонных интегральных схемах.
Какие улучшения данная технология принесет 5G и радиолокации? Объединив микроволновую инженерию и оптоэлектронику, эти исследователи создали когерентные солитонные импульсы, которые имеют частоту повторения как в микроволновом K-диапазоне (используется в 5G), так и в X-диапазоне (используется в радиолокации).
Ультрафиолетовые оптические импульсы, излучаемые со стабильной частотой повторения, аналогичны частоте разнесения гребенчатых линий. Поскольку для достижимого обнаружения целей в реальном времени и с высоким разрешением требуется мгновенная полоса пропускания.
Несмотря на то, что это считается новым методом изготовления, частотные гребенки могут быть достигнуты с помощью современных CMOS-совместимых фотонных интегральных схем. Микрокомплексы и их соответствующие микроволновые сигналы будут ключевыми факторами при создании полностью интегрированных малошумящих СВЧ-генераторов, которые будут использоваться в радарах и информационных сетях.
Влияние микроволновой фотоники на телекоммуникации
Существует постоянный спрос на лучшую беспроводную сеть для мобильных устройств и Интернета вещей (IoT). Увеличивая исследования, микроволновая фотоника может быть использована для решения проблем пропускной способности телекоммуникаций.
Обработка фотонных сигналов дает возможность реализовать чрезвычайно высокие частоты дискретизации в несколько гигагерц, преодолев присущие им электронные ограничения. Благодаря использованию фотонных процессоров появятся новые возможности для работы в широком диапазоне частот и производительности с высоким разрешением.
Внутриволоконные сигнальные процессоры по своей природе совместимы с волоконно-оптическими микроволновыми системами и могут обеспечивать связь со встроенным формированием сигнала.
Будущее радаров, телекоммуникаций и беспроводных сетей
Данную технологию можно использовать во многих фотонных системах нового поколения, например, в лазерных радарах для спектроскопии и высокоскоростной передачи данных. Ученые планируют создать на базе нового метода компактный спектрометр и многочастотный источник узкополосного лазерного излучения, который можно будет использовать для обеспечения высокоскоростной связи.
Команда исследователей из EPFL смогли не только преодолеть разрыв между интегрированной фотонно-нелинейной оптикой и микроволновой фотоникой, но и принесли волну изменений в будущую архитектуру радаров и информационных сетей!
