08 Juli Schnelle Signalverarbeitung mit Mikrowellenphotonik
Moderne Kommunikationsnetze stützen sich sowohl auf Hochgeschwindigkeits-Glasfaserverbindungen als auch auf die drahtlose Hochfrequenz-Mikrowellenübertragung. Die Mikrowellenphotonik bietet eine vielversprechende Lösung, um Hochfrequenzsignale mit geringerem Verlust, höherer Bandbreite und verbesserter Energieeffizienz auf optischem Wege zu verarbeiten. Die meisten Mikrowellenphotoniksysteme basieren jedoch auf wenig kompakten, faserbasierten Architekturen, die die Skalierbarkeit einschränken. Im Gegensatz dazu könnte die Integration von Mikrowellenphotonik auf einem Chip Skalierbarkeit und hohe Energieeffizienz ermöglichen. Ein voll integriertes Single-Chip-Mikrowellen-Photoniksystem, das optische und Mikrowellensignalverarbeitung auf einem einzigen Siliziumchip kombiniert, haben belgische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Gent und des Forschungs- und Innovationszentrums Imec nun demonstriert.
Silizium-Photonik als Grundlage
Der Chip basiert auf der Standard-Silizium-Photonik-Plattform iSiPP50G von Imec, die verlustarme Wellenleiter und passive Komponenten, Hochgeschwindigkeitsmodulatoren und -detektoren sowie thermo-optische Phasenschieber umfasst. Um eine integrierte Lichtquelle bereitzustellen, haben die Forscher einen optischen Verstärker aus Indiumphosphid (InP), der von III-V Lab entwickelt wurde, auf dem Chip unter Verwendung der von der Photonics Research Group (Imec/Universität Gent) entwickelten Mikrotransferdrucktechnologie integriert. In Kombination mit abstimmbaren Filterschaltungen auf dem Chip kann der optische Verstärker als weit abstimmbarer Laser funktionieren, was die Vielseitigkeit des Systems weiter erhöht.
Der Mikrowellen-Photonik-Chips enthält Hochgeschwindigkeitsmodulatoren und -detektoren, eine programmierbare optische Filterbank und zwei transfergedruckte Laser. Bild: Imec
Signalverarbeitung der nächsten Generation
„Die Möglichkeit, alle wesentlichen Mikrowellen-Photonik-Komponenten auf einem einzigen Chip zu integrieren, ist ein wichtiger Schritt in Richtung skalierbarer und energieeffizienter Hochfrequenz-Signalverarbeitung“, sagte Wim Bogaerts, Professor in der Photonics Research Group an der Universität Gent und am Imec. „Durch den Wegfall sperriger externer Komponenten ebnet diese Technologie den Weg für kompaktere, kostengünstigere Lösungen in drahtlosen Netzwerken der nächsten Generation und fortschrittlichen Sensoriksystemen.“
Originalveröffentlichung:
[Deng, H., Zhang, J., Soltanian, E. et al. Single-chip silicon photonic engine for analog optical and microwave signals processing. Nat Commun 16, 5087 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-60100-0]
Quelle und Bild: www.imec-int.com