Raziskovalci razvijajo mikrovalovni fotonski čip za ultrahitro obdelavo signalov

Pred kratkim je raziskovalna skupina, ki jo vodi prof. Wang Cheng z Oddelka za elektrotehniko na Mestni univerzi v Hongkongu, uspešno razvila svetovno vodilni čip za mikrovalovno fotoniko (MWP). Ta čip lahko uporablja optični princip za izvajanje ultra hitre analogne elektronske obdelave signalov in računanja.
Čip ni le 1000-krat hitrejši od običajnih elektronskih procesorjev, ampak tudi porabi manj energije. Njegova široka paleta aplikacij pokriva različna področja, kot so brezžični komunikacijski sistemi 5/6G, radarski sistemi visoke ločljivosti, umetna inteligenca, računalniški vid in obdelava slik/video.
Ekipa je sodelovala s kitajsko univerzo v Hongkongu pri raziskavi, ki je bila objavljena v reviji Nature z naslovom Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine.
S hitrim širjenjem brezžičnih omrežij, interneta stvari (IoT) in storitev v oblaku je povpraševanje po osnovnih sistemih RF eksponentno naraslo. Tehnologija mikrovalovne fotonike (MWP) ponuja učinkovito rešitev za te izzive s svojimi edinstvenimi prednostmi generiranja, prenosa in obdelave mikrovalovnih signalov z uporabo optičnih komponent. Vendar se integrirani sistemi MWP soočajo s številnimi izzivi, kot je hkratna realizacija ultra-hitre obdelave analognih signalov, integracija čipov, visoka zvestoba in nizka poraba energije.
Za reševanje teh izzivov je raziskovalna skupina prof. Wang Chenga razvila nov sistem MWP. Sistem inovativno združuje ultra hitro elektrooptično (EO) pretvorbo z večnamensko obdelavo signala z majhnimi izgubami na enem samem čipu, kar je dosežek, ki v prejšnjih raziskavah še ni bil dosežen.
To izjemno zmogljivost omogoča integriran procesni motor MWP, ki temelji na platformi tankega filma litijevega niobata (LN). Ta motor je sposoben izvajati široko paleto obdelave analognih signalov in računalniških nalog. Po poročilu ta čip nima le ultra široke pasovne širine obdelave 67 GHz, ampak ima tudi odlično računsko natančnost.
Skozi leta je ekipa delala na raziskavah integriranih fotonskih platform LN. Omeniti velja, da so leta 2018 sodelavci na Univerzi Harvard in Nokia Bell Labs razvili prvi integrirani elektrooptični modulator na svetu, združljiv s CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), na platformi tankega filma litijevega niobata (LN), ki je postavil trdno podlago. temelj za trenutni raziskovalni preboj. Tankoplastni litijev niobat (LN) so zaradi njegovega pomena na področju fotonike poimenovali "silicij fotonike", ki je primerljiv s silicijem v mikroelektroniki.
To delo ne odpira le povsem novega raziskovalnega področja – tankoplastne mikrovalovne fotonike litijevega niobata (LN), ampak med drugimi prednostmi omogoča tudi mikrovalovne fotonske čipe s kompaktno velikostjo, visoko zvestobo signala in nizko zakasnitvijo. Še pomembneje pa je, da ta preboj predstavlja novo smer za analogno elektronsko obdelavo in računalniške motorje v velikosti čipov.