Een onderzoeksteam onder leiding van professor Wang Cheng van de afdeling Elektrotechniek (EE) van de City University of Hong Kong (CityUHK) heeft een toonaangevende microgolf-fotonische chip ontwikkeld die in staat is om ultrasnelle analoge elektronische signaalverwerking en -berekeningen uit te voeren met behulp van optica.

De chip, die 1000 keer sneller is en minder energie verbruikt dan een traditionele elektronische processor, heeft een breed scala aan toepassingen, waaronder 5/6G draadloze communicatiesystemen, radarsystemen met hoge resolutie, kunstmatige intelligentie, computervisie en beeld-/videoverwerking .

De bevindingen van het team zijn gepubliceerd in Nature in een artikel met de titel "Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine." Het is een onderzoek in samenwerking met de Chinese Universiteit van Hong Kong (CUHK).

De snelle uitbreiding van draadloze netwerken, het internet der dingen en cloudgebaseerde diensten heeft aanzienlijke eisen gesteld aan de onderliggende radiofrequentiesystemen. Microgolffotonica (MWP)-technologie, die gebruik maakt van optische componenten voor het genereren, verzenden en manipuleren van microgolfsignalen, biedt effectieve oplossingen voor deze uitdagingen. Geïntegreerde MWP-systemen hebben echter moeite om tegelijkertijd ultrasnelle analoge signaalverwerking te realiseren met integratie op chipschaal, hoge betrouwbaarheid en laag vermogen.

"Om deze uitdagingen aan te gaan, heeft ons team een ​​MWP-systeem ontwikkeld dat ultrasnelle elektro-optische (EO) conversie combineert met verliesarme, multifunctionele signaalverwerking op een enkele geïntegreerde chip, wat nog niet eerder is bereikt", legt professor Wang uit. P>

Dergelijke prestaties worden mogelijk gemaakt door een geïntegreerde MWP-verwerkingsengine op basis van een dunne-film lithiumniobaat (LN)-platform dat multifunctionele verwerkings- en berekeningstaken van analoge signalen kan uitvoeren.

"De chip kan analoge berekeningen op hoge snelheid uitvoeren met ultrabrede verwerkingsbandbreedtes van 67 GHz en uitstekende rekennauwkeurigheden", zegt Feng Hanke, Ph.D. student van EE en de eerste auteur van het artikel.

Het team is al enkele jaren toegewijd aan het onderzoeken van het geïntegreerde LN-fotonische platform. In 2018 ontwikkelden collega's van de Harvard University en Nokia Bell Labs 's werelds eerste CMOS (complementaire metaaloxide halfgeleider)-compatibele geïntegreerde elektro-optische modulatoren op het LN-platform, waarmee de basis werd gelegd voor de huidige doorbraak in onderzoek. LN wordt het ‘silicium van de fotonica’ genoemd vanwege zijn belang voor de fotonica, vergelijkbaar met silicium in de micro-elektronica.

Hun werk opent een nieuw onderzoeksveld, namelijk LN-microgolffotonica, waardoor microgolf-fotonicachips mogelijk worden met compacte afmetingen, hoge signaalgetrouwheid en lage latentie; het vertegenwoordigt ook een analoge elektronische verwerkings- en computerengine op chipschaal.

Meer informatie: Cheng Wang, Geïntegreerde lithiumniobaat-microgolffotonische verwerkingsmachine, Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07078-9. www.nature.com/articles/s41586-024-07078-9.

Journaalinformatie: Natuur

Aangeboden door de stadsuniversiteit van Hong Kong