A kutatók ultragyors jelfeldolgozó mikrohullámú fotonika chipet fejlesztenek

A közelmúltban a Hongkongi Városi Egyetem Villamosmérnöki Tanszékének munkatársa, Wang Cheng professzor által vezetett kutatócsoport sikeresen kifejlesztett egy világelső mikrohullámú fotonika (MWP) chipet. Ez a chip képes az optikai elvet felhasználni ultragyors analóg elektronikus jelfeldolgozás és számítás végrehajtására.
A chip nemcsak 1000-szer gyorsabb, mint a hagyományos elektronikus processzorok, hanem kevesebb energiát is fogyaszt. Alkalmazási köre számos területet lefed, mint például az 5/6G vezeték nélküli kommunikációs rendszerek, a nagyfelbontású radarrendszerek, a mesterséges intelligencia, a számítógépes látás és a kép/videó feldolgozás.
A csapat együttműködött a Hongkongi Kínai Egyetemmel a kutatásban, amelyet a Nature folyóiratban tettek közzé Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine címmel.
A vezeték nélküli hálózatok, a Dolgok Internete (IoT) és a felhőalapú szolgáltatások gyors terjeszkedésével a mögöttes rádiófrekvenciás rendszerek iránti kereslet exponenciálisan megnőtt. A mikrohullámú fotonika (MWP) technológia hatékony megoldást kínál ezekre a kihívásokra, egyedülálló előnyeivel a mikrohullámú jelek optikai komponensek felhasználásával történő előállítása, továbbítása és feldolgozása révén. Az integrált MWP rendszerek azonban számos kihívással néznek szembe, mint például az ultra-nagy sebességű analóg jelfeldolgozás egyidejű megvalósítása, a chip-méretű integráció, a nagy pontosság és az alacsony energiafogyasztás.
E kihívások kezelésére Wang Cheng professzor kutatócsoportja egy újszerű MWP rendszert fejlesztett ki. A rendszer innovatív módon integrálja az ultragyors elektro-optikai (EO) konverziót alacsony veszteségű többfunkciós jelfeldolgozással egyetlen chipen, amely eredmény a korábbi kutatások során soha nem valósult meg.
Ezt a kiemelkedő teljesítményt egy vékonyrétegű lítium-niobát (LN) platformon alapuló integrált MWP feldolgozó motor teszi lehetővé. Ez a motor az analóg jelfeldolgozási és számítási feladatok széles skálájának elvégzésére képes. A jelentés szerint ennek a chipnek nemcsak ultraszéles, 67 GHz-es feldolgozási sávszélessége van, hanem kiváló számítási pontossággal is rendelkezik.
Az évek során a csapat integrált LN fotonikus platformok kutatásán dolgozik. Érdemes megemlíteni, hogy 2018-ban a Harvard Egyetem és a Nokia Bell Labs munkatársai vékonyréteg-lítium-niobát (LN) platformon fejlesztették ki a világ első CMOS-kompatibilis (Complementary Metal Oxide Semiconductor) kompatibilis integrált elektro-optikai modulátorát, amely szilárd réteget fektet le. alapja a jelenlegi kutatási áttörésnek. A vékonyrétegű lítium-niobátot (LN) a "fotonika szilíciumának" nevezték el, mert fontos a fotonika területén, amely a mikroelektronikában a szilíciummal hasonlítható össze.
Ez a munka nemcsak egy teljesen új kutatási területet nyit meg - a vékonyfilm-lítium-niobát (LN) mikrohullámú fotonikát, hanem lehetővé teszi a mikrohullámú fotonikai chipek kompakt méretét, nagy jelhűségét és alacsony késleltetését, többek között. Ennél is fontosabb, hogy ez az áttörés új irányt jelent a chip-méretű analóg elektronikus feldolgozó és számítási motorok számára.