Fotonik bryder selvom baner vejen for forbedrede trådløse kommunikationssystemer

Forskere fra ARC Center for Ultrahigh bandwidth Devices for Optical Systems (CUDOS) i University of Sydney Australian Institute for Nanoscale Science and Technology har fået et gennembrud for at opnå radiofrekvenssignalkontrol på sub-nanosekunders tidsskalaer på en optisk enhed i chipskala.

Radiofrekvens (RF) er et bestemt område af elektromagnetiske bølgefrekvenser, meget brugt til kommunikation og radarsignaler. Arbejdet bør påvirke den nuværende trådløse revolution.

Gennembruddet blev beskrevet detaljeret i dag i high-impact journal Optica .

CUDOS og School of Physics ph.d. -kandidat ved University of Sydney, hovedforfatter Yang Liu, sagde, at den nye forskning, der kunne låse op for flaskehalsen for båndbredde, som trådløse netværk står over for verden over, blev foretaget på hovedkontoret for Australian Institute for Nanoscale Science and Technology (AINST), $ 150 mio. Sydney Nanoscience Hub.

"I dag, der er 10 milliarder mobile enheder forbundet til det trådløse netværk (rapporteret af Cisco sidste år) og alle kræver båndbredde og kapacitet, ”Sagde Liu.

"Ved at oprette meget hurtige tunable forsinkelseslinjer på chip, man kan til sidst give bredere båndbredde øjeblikkeligt til flere brugere.

"Evnen til hurtigt at kontrollere RF -signal er en afgørende præstation for applikationer i både vores daglige liv og forsvar.

"For eksempel, at reducere strømforbruget og maksimere modtagelsesområdet for fremtidig mobilkommunikation, RF -signaler skal opnå retningsbestemte og hurtige distributioner til forskellige mobilbrugere fra informationscentre, i stedet for at sprede signalenergi i alle retninger. "

Manglen på den høje tuninghastighed i den nuværende RF -teknik i moderne kommunikation og forsvar, har motiveret udviklingen af ​​løsninger på en kompakt optisk platform.

Disse optiske modstykker havde typisk været begrænset i ydeevne af en lav tuninghastighed i størrelsesordenen millisekunder (1/1000 sekund), der tilbydes af on-chip varmeapparater, med bivirkninger af fabrikationskompleksitet og strømforbrug.

"For at omgå disse problemer, vi udviklede en simpel teknik baseret på optisk kontrol med responstid hurtigere end et nanosekund:en milliarddel af et sekund - dette er en million gange hurtigere end termisk opvarmning, "sagde hr. Liu.

CUDOS Direktør og medforfatter Professor Benjamin Eggleton, der også leder Nanoscale Photonics Circuits AINST flagskib, sagde, at teknologien ikke kun ville være vigtig for at bygge mere effektive radarer til at opdage fjendtlige angreb, men også ville foretage betydelige forbedringer for alle.

"Et sådant system vil være afgørende ikke kun for at beskytte vores forsvarskapaciteter, det vil også hjælpe med at fremme den såkaldte trådløse revolution-hvor flere og flere enheder er forbundet til det trådløse netværk, "Professor Eggleton sagde.

"Dette inkluderer tingenes internet, femte generations (5G) kommunikation, og smart hjem og smarte byer.

"Silicon fotonik, den teknologi, der ligger til grund for dette fremskridt, det skrider meget hurtigt frem, finde applikationer i datacentre lige nu.

"Vi forventer, at anvendelserne af dette arbejde vil ske inden for et årti for at give en løsning på problemet med trådløs båndbredde.

"Vi arbejder i øjeblikket på de mere avancerede silicium -enheder, der er meget integrerede og kan bruges i små mobile enheder, "Professor Eggleton sagde.

Ved optisk at variere styresignalet ved gigahertz -hastigheder, tidsforsinkelsen af ​​RF -signalet kan forstærkes og skiftes med samme hastighed.

Liu og andre forskere Dr. Amol Choudhary, Dr. David Marpaung og professor Eggleton opnåede dette på en integreret fotonisk chip, baner vejen mod ultrahurtige og rekonfigurerbare on-chip RF-systemer med uovertrufne fordele i kompakthed, lavt strømforbrug, lav fabrikationskompleksitet, fleksibilitet og kompatibilitet med eksisterende RF -funktioner.