Onderzoekers van het ARC Center for Ultrahigh bandbreedte Devices for Optical Systems (CUDOS) in het Australian Institute for Nanoscale Science and Technology van de Universiteit van Sydney hebben een doorbraak bereikt door radiofrequentiesignaalcontrole op sub-nanoseconde tijdschalen op een optisch apparaat op chipschaal te realiseren.

Radiofrequentie (RF) is een bepaald bereik van elektromagnetische golffrequenties, veel gebruikt voor communicatie en radarsignalen. Het werk moet invloed hebben op de huidige draadloze revolutie.

De doorbraak werd vandaag gedetailleerd beschreven in het high-impact tijdschrift optiek .

CUDOS en School of Physics PhD-kandidaat aan de Universiteit van Sydney, hoofdauteur Yang Liu, zei dat het nieuwe onderzoek dat het bandbreedte-knelpunt waarmee draadloze netwerken wereldwijd worden geconfronteerd zou kunnen ontsluiten, werd uitgevoerd op het hoofdkantoor van het Australian Institute for Nanoscale Science and Technology (AINST), de $ 150 miljoen Sydney Nanoscience Hub.

"Vandaag de dag, er zijn 10 miljard mobiele apparaten aangesloten op het draadloze netwerk (vorig jaar gerapporteerd door Cisco) en ze hebben allemaal bandbreedte en capaciteit nodig, ' zei meneer Liu.

"Door zeer snel afstembare vertragingslijnen op de chip te creëren, men kan uiteindelijk onmiddellijk bredere bandbreedte bieden aan meer gebruikers.

"Het vermogen om het RF-signaal snel te regelen, is een cruciale prestatie voor toepassingen in zowel ons dagelijks leven als defensie.

"Bijvoorbeeld, om het stroomverbruik te verminderen en het ontvangstbereik voor toekomstige mobiele communicatie te maximaliseren, RF-signalen moeten directionele en snelle distributies naar verschillende mobiele gebruikers van informatiecentra, in plaats van signaalenergie in alle richtingen te verspreiden."

Het ontbreken van de hoge afstemsnelheid in de huidige RF-techniek in moderne communicatie en defensie, heeft de ontwikkeling van oplossingen op een compact optisch platform gemotiveerd.

Deze optische tegenhangers waren typisch beperkt in prestaties door een lage afstemsnelheid in de orde van milliseconden (1/1000 van een seconde) aangeboden door on-chip verwarmers, met bijwerkingen van fabricagecomplexiteit en stroomverbruik.

"Om deze problemen te omzeilen, we hebben een eenvoudige techniek ontwikkeld op basis van optische controle met een responstijd van sneller dan één nanoseconde:een miljardste van een seconde - dit is een miljoen keer sneller dan thermische verwarming, ' zei meneer Liu.

CUDOS-directeur en co-auteur professor Benjamin Eggleton, die ook aan het hoofd staat van het vlaggenschip Nanoscale Photonics Circuits AINST, zei dat de technologie niet alleen belangrijk zou zijn voor het bouwen van efficiëntere radars om vijandelijke aanvallen te detecteren, maar ook voor iedereen significante verbeteringen zou opleveren.

"Zo'n systeem zal cruciaal zijn, niet alleen om onze defensiecapaciteiten te beschermen, het zal ook de zogenaamde draadloze revolutie helpen bevorderen - waarbij steeds meer apparaten zijn verbonden met het draadloze netwerk, ' zei professor Eggleton.

"Dit omvat het internet der dingen, communicatie van de vijfde generatie (5G), en slimme huizen en slimme steden.

"Silicium fotonica, de technologie die aan deze vooruitgang ten grondslag ligt, gaat heel snel vooruit, het vinden van applicaties in datacenters op dit moment.

"We verwachten dat de toepassingen van dit werk binnen een decennium zullen plaatsvinden om een ​​oplossing te bieden voor het probleem met de draadloze bandbreedte.

"We werken momenteel aan de meer geavanceerde siliciumapparaten die sterk geïntegreerd zijn en kunnen worden gebruikt in kleine mobiele apparaten, ' zei professor Eggleton.

Door het stuursignaal met gigahertz-snelheden optisch te variëren, de tijdvertraging van het RF-signaal kan met dezelfde snelheid worden versterkt en geschakeld.

De heer Liu en collega-onderzoekers dr. Amol Choudhary, Dr. David Marpaung en Professor Eggleton bereikten dit op een geïntegreerde fotonische chip, de weg vrijmaken voor ultrasnelle en herconfigureerbare on-chip RF-systemen met ongeëvenaarde voordelen in compactheid, laag energieverbruik, lage fabricage complexiteit, flexibiliteit en compatibiliteit met bestaande RF-functionaliteiten.