Rekonfigurering af mikrobølgefotoniske filtre uden en ekstern enhed

Forskere fra EPFL's Photonics Systems Lab har fundet frem til en måde at omkonfigurere mikrobølgefotoniske filtre uden behov for en ekstern enhed. Dette baner vejen for mere kompakt, miljøvenlige filtre, der vil være mere praktiske og billigere at bruge. Potentielle applikationer omfatter detektions- og kommunikationssystemer. Forskernes resultater er for nylig blevet offentliggjort i Naturkommunikation .

Fotoner ser ud til at erstatte elektroner i utallige opgaver, da de bevæger sig hurtigere og forbruger mindre energi. Disse små lette partikler har også den ekstra fordel, at de er overraskende fleksible - deres frekvensområde er 1, 000 til 10, 000 gange større end elektronernes. Så at bruge lys i stedet for elektricitet til at manipulere mikrobølger giver dig en meget bredere båndbredde at arbejde med. Fotonik er særligt nyttigt i kommunikationssystemer, tingenes internet og stråleformning, som er en signalbehandlingsmetode, der bruges i antennesystemer. Men for øjeblikket, mikrobølgefotoniske systemer kan stadig ikke generere lysimpulser på computerchips - en udvikling, der ville gøre chipsene mere miljøvenlige, billigere og mere praktisk at bruge. Forskere ved EPFL's Photonics Systems Lab har netop lavet et stort gennembrud på dette område:de har udviklet rekonfigurerbare radiofrekvensfiltre, der kan producere højkvalitets mikrobølger uden behov for en omfangsrig ekstern enhed. Ved at skabe interferens mellem to impulser i en mikrokam, de var i stand til nøjagtigt at styre pulserne for at omkonfigurere den udgående radiofrekvens. Forskernes resultater blev for nylig offentliggjort i Naturkommunikation .

Integrering af en lyskilde i en chip

Et mikrobølgefotonisk filter konverterer en indkommende radiofrekvens til et optisk signal, som derefter kan behandles af en fotonisk enhed for at udtrække information. En fotoreceptor omdanner signalet tilbage til en radiofrekvens. Tilbage i april, forskere i et andet EPFL-laboratorium, K-Lab, formået at generere forskellige typer mikrokamre på en siliciumnitridchip, for at producere soliton-pulssignaler af høj kvalitet. Tilbage var blot at demonstrere, at pulssignalerne kunne bruges til at omkonfigurere mikrobølgerne, og at systemet var lige så fleksibelt, lineær, spektralt rent og støjfrit som det foregående, mere omfangsrige enheder - præcis hvad forskerne i Photonics Systems Lab optimerede chippen til at gøre.

Teknologien, der bruges i disse chips, som er mindre end en mønt, er baseret på, hvordan lys interagerer med det omgivende miljø. Signalets bølgelængde kan modificeres ved enten at variere lyskilden eller ved at ændre formen eller materialet af den optiske kanal, det passerer igennem. "Brug af en lyskilde, der kan kombinere flere bølgelængder, betyder, at vi kan holde filterets struktur ganske enkel, " forklarer Camille Brès, der driver Photonics Systems Lab. "Hvis vi kan omkonfigurere frekvensen ved at ændre lyspulsen, vi behøver ikke at ændre den fysiske støtte." Forskernes vigtigste præstation var, at de var i stand til at erstatte lysgeneratorer i bærbar størrelse med optiske miniatureresonatorer på chip, der bruger laserimpulser til at generere perfekte solitoner.

Ændring af udgående frekvens

For at disse filtre skal bruges i forskellige applikationer, de skal også være i stand til at ændre den udgående radiofrekvens. "Nuværende filtre kræver programmerbare pulsformer for at indstille den udgående frekvens og forbedre bølgekvaliteten, hvilket gør systemerne komplekse og svære at markedsføre, " siger Jianqi Hu, en ph.d. studerende i Photonics Systems Lab og undersøgelsens hovedforfatter. For at overvinde denne forhindring, forskerne genererede on-chip interferens mellem to solitons-ved at ændre vinklen mellem dem, de var i stand til at omkonfigurere filterfrekvensen. Dette gennembrud betyder, at disse systemer kan gøres fuldt bærbare og bruges med 5G og terahertz-bølger.