Chip 3.0 verarbeitet WLAN und Mikrowellen

Eine programmierbare Lösung für drahtlose Kommunikationsnetze mit höherer Geschwindigkeit und preiswerter Mikrowellen-Sensorik ist Experten des Forschungsinstituts imec an der Universität Gent gelungen. Daran beteiligt waren zudem die Forschungsgruppen Photonics Research Group und IDlab. Die Ergebnisse sind in "Nature Communcations" veröffentlicht.

Kompakte Lösung

Das vollständig integrierte Ein-Chip-Mikrowellen-Photoniksystem kombiniert optische und Mikrowellensignalverarbeitung auf einem einzigen Silizium-Chip. Der Chip integriert Hochgeschwindigkeitsmodulatoren, optische Filter, Photodetektoren sowie im Transferdruckverfahren hergestellte Laser. Das macht ihn zur kompakten, in sich geschlossenen, programmierbaren Lösung für die Hochfrequenzsignalverarbeitung.

Dieser Durchbruch kann sperrige und stromhungrige Komponenten ersetzen und ermöglicht schnellere drahtlose Netzwerke, kostengünstige Mikrowellensensorik und einen skalierbaren Einsatz in Anwendungen wie 5G/6G, Satellitenkommunikation und Radarsystemen, unterstreichen die Wissenschaftler.

Moderne Kommunikationsnetze stützen sich auf Hochgeschwindigkeits-Glasfaserverbindungen und auf drahtlose Hochfrequenz-Mikrowellenübertragungen. Da jedoch die Nachfrage nach höheren Datenübertragungsraten und der Betrieb bei höheren Frequenzen zunimmt, benötigen neue Systeme eine engere Integration zwischen beiden Kommunikationsarten, um die komplexe Signalverarbeitung ohne hohe Übertragungsverluste mit möglichst energiesparender Elektronik zu bewältigen.

Mikrowellenphotonik

Die Mikrowellenphotonik bietet eine vielversprechende Lösung, indem sie die optische Technologie nutzt, um Hochfrequenzsignale mit weniger Verlust, höherer Bandbreite und verbesserter Energieeffizienz zu verarbeiten. Die meisten Mikrowellenphotoniksysteme basieren jedoch auf sperrigen, faserbasierten Architekturen, die die Skalierbarkeit einschränken.

Im Gegensatz dazu könnte die Integration der Mikrowellenphotonik auf einem Chip skalierbarere und energieeffizientere Systeme ermöglichen, aber bei ersten experimentellen Demonstrationen fehlten entweder wichtige Funktionen oder es waren externe Komponenten erforderlich, um die volle Leistung zu erreichen.

Die belgischen Forscher haben nun erstmals eine Silizium-Photonik-Engine entwickelt, die sowohl optische als auch Mikrowellensignale auf einem einzigen Chip verarbeitet und umwandelt. Die Schlüsselinnovation dieses neuen Systems liegt in der neuartigen Kombination eines rekonfigurierbaren Modulators und eines programmierbaren optischen Filters, die eine effiziente Modulation und Filterung von Mikrowellensignalen ermöglicht und zugleich die Signalverluste stark reduziert.

Die Kombination verbessert die Gesamtleistung und ermöglicht dem System, komplexe Signalverarbeitungsaufgaben mit grösserer Flexibilität und Effizienz für eine breite Palette von Anwendungen zu bewältigen. "Die Möglichkeit, alle wesentlichen Komponenten der Mikrowellenphotonik auf einem einzigen Chip zu integrieren, ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer skalierbaren und energieeffizienten Hochfrequenz-Signalverarbeitung", resümiert imec-Forschungsleiter Wim Bogaerts. (pressetext.com)