Forskere udvikler verdensførende mikrobølgefotonikchip til højhastighedssignalbehandling

Et forskerhold ledet af professor Wang Cheng fra Department of Electrical Engineering (EE) ved City University of Hong Kong (CityUHK) har udviklet en verdensførende mikrobølgefotonisk chip, der er i stand til at udføre ultrahurtig analog elektronisk signalbehandling og beregning ved hjælp af optik.

Chippen, som er 1.000 gange hurtigere og forbruger mindre energi end en traditionel elektronisk processor, har en bred vifte af applikationer, der dækker 5/6G trådløse kommunikationssystemer, højopløselige radarsystemer, kunstig intelligens, computersyn og billed-/videobehandling. .

Holdets resultater blev offentliggjort i Nature i et papir med titlen "Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine." Det er et samarbejde med The Chinese University of Hong Kong (CUHK).

Den hurtige udvidelse af trådløse netværk, Internet of Things og cloud-baserede tjenester har stillet betydelige krav til underliggende radiofrekvenssystemer. Mikrobølgefotonik-teknologi (MWP), som bruger optiske komponenter til generering, transmission og manipulation af mikrobølgesignaler, tilbyder effektive løsninger på disse udfordringer. Integrerede MWP-systemer har dog kæmpet for samtidig at opnå ultrahøjhastigheds analog signalbehandling med chip-skala integration, high fidelity og lav effekt.

"For at løse disse udfordringer udviklede vores team et MWP-system, der kombinerer ultrahurtig elektro-optisk (EO) konvertering med lavt tab, multifunktionel signalbehandling på en enkelt integreret chip, hvilket ikke er blevet opnået før," forklarede professor Wang.

Sådan ydeevne er muliggjort af en integreret MWP-behandlingsmotor baseret på en tynd-film lithiumniobat (LN) platform, der er i stand til at udføre multi-purpose behandling og beregningsopgaver af analoge signaler.

"Chippen kan udføre højhastigheds analog beregning med ultrabrede behandlingsbåndbredder på 67 GHz og fremragende beregningsnøjagtigheder," sagde Feng Hanke, Ph.D. studerende af EE og den første forfatter af papiret.

Holdet har været dedikeret til at forske i den integrerede LN fotoniske platform i flere år. I 2018 udviklede kolleger ved Harvard University og Nokia Bell-laboratorier verdens første CMOS (komplementær metal-oxid-halvleder)-kompatible integrerede elektro-optiske modulatorer på LN-platformen, hvilket lagde grundlaget for det nuværende forskningsgennembrud. LN omtales som "fotonikkens silicium" for dets betydning for fotonik, sammenlignelig med silicium i mikroelektronik.

Deres arbejde åbner et nyt forskningsfelt, det vil sige LN mikrobølgefotonik, der muliggør mikrobølgefotonikchips med kompakte størrelser, høj signalfidelitet og lav latency; det repræsenterer også en chip-skala analog elektronisk behandlings- og computermaskine.

Flere oplysninger: Cheng Wang, integreret lithiumniobat mikrobølge fotonisk behandlingsmotor, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07078-9. www.nature.com/articles/s41586-024-07078-9.

Journaloplysninger: Natur

Leveret af City University of Hong Kong