Cercetătorii dezvoltă un chip fotonic cu microunde de procesare ultrarapidă a semnalului

Recent, o echipă de cercetare condusă de prof. Wang Cheng de la Departamentul de Inginerie Electrică de la Universitatea City din Hong Kong a dezvoltat cu succes un cip fotonic cu microunde (MWP) lider mondial. Acest cip este capabil să utilizeze principiul optic pentru a efectua procesarea și calcularea ultrarapidă a semnalului electronic analogic.
Cipul nu este doar de 1000 de ori mai rapid decât procesoarele electronice convenționale, dar consumă și mai puțină energie. Gama sa largă de aplicații acoperă o varietate de domenii, cum ar fi sisteme de comunicații fără fir 5/6G, sisteme radar de înaltă rezoluție, inteligență artificială, viziune computerizată și procesare imagini/video.
Echipa a colaborat cu Universitatea Chineză din Hong Kong la cercetare, care a fost publicată în revista Nature, intitulată Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine.
Odată cu extinderea rapidă a rețelelor wireless, a Internetului obiectelor (IoT) și a serviciilor bazate pe cloud, cererea pentru sisteme RF subiacente a crescut exponențial. Tehnologia fotonica cu microunde (MWP) oferă o soluție eficientă la aceste provocări cu avantajele sale unice de a genera, transmite și procesa semnale cu microunde prin utilizarea componentelor optice. Cu toate acestea, sistemele MWP integrate s-au confruntat cu provocări multiple, cum ar fi realizarea simultană a procesării semnalului analogic de viteză ultra-înaltă, integrarea la scară de cip, fidelitatea înaltă și consumul redus de energie.
Pentru a aborda aceste provocări, echipa de cercetare a prof. Wang Cheng a dezvoltat un nou sistem MWP. Sistemul integrează în mod inovator conversia electro-optică (EO) ultra-rapidă cu procesarea semnalului multifuncțional cu pierderi reduse pe un singur cip, o realizare care nu a fost niciodată realizată în cercetările anterioare.
Această performanță remarcabilă este posibilă de un motor de procesare MWP integrat bazat pe o platformă de niobat de litiu (LN) cu peliculă subțire. Acest motor este capabil să realizeze o gamă largă de procesare a semnalului analogic și sarcini de calcul. Potrivit raportului, acest cip nu numai că are o lățime de bandă de procesare ultra-largă de 67 GHz, dar are și o precizie de calcul excelentă.
De-a lungul anilor, echipa a lucrat la cercetarea platformelor fotonice LN integrate. Merită menționat faptul că în 2018, colegii de la Universitatea Harvard și Nokia Bell Labs au dezvoltat primul modulator electro-optic integrat compatibil CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) din lume pe o platformă de niobat de litiu (LN) cu peliculă subțire, care a așezat o platformă solidă. fundament pentru descoperirea actuală a cercetării. Niobatul de litiu cu peliculă subțire (LN) a fost numit „siliciu al fotonicii” datorită importanței sale în domeniul fotonicii, care este comparabil cu siliciul din microelectronică.
Această lucrare nu numai că deschide un domeniu complet nou de cercetare - niobat de litiu cu peliculă subțire (LN), fotonica cu microunde, dar permite și cipuri fotonice cu microunde cu dimensiuni compacte, fidelitate ridicată a semnalului și latență scăzută, printre alte avantaje. Mai important, această descoperire reprezintă o nouă direcție pentru procesarea electronică analogică la scară de cip și motoarele de calcul.