Pētnieki izstrādā īpaši ātru signālu apstrādes mikroviļņu fotonikas mikroshēmu

Nesen pētnieku grupa, kuru vadīja profesors Vangs Čens no Honkongas pilsētas universitātes Elektrotehnikas katedras, ir veiksmīgi izstrādājusi pasaulē vadošo mikroviļņu fotonikas (MWP) mikroshēmu. Šī mikroshēma spēj izmantot optisko principu, lai veiktu īpaši ātru analogo elektronisko signālu apstrādi un aprēķinus.
Mikroshēma ir ne tikai 1000 reižu ātrāka par parastajiem elektroniskajiem procesoriem, bet arī patērē mazāk enerģijas. Tā plašais lietojumu klāsts aptver dažādas jomas, piemēram, 5/6G bezvadu sakaru sistēmas, augstas izšķirtspējas radaru sistēmas, mākslīgo intelektu, datorredzi un attēlu/video apstrādi.
Komanda sadarbojās ar Ķīnas Honkongas Universitāti par pētījumu, kas publicēts žurnālā Nature ar nosaukumu Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine.
Strauji paplašinoties bezvadu tīkliem, lietiskajam internetam (IoT) un mākoņpakalpojumiem, pieprasījums pēc pamatā esošajām RF sistēmām ir pieaudzis eksponenciāli. Mikroviļņu fotonikas (MWP) tehnoloģija piedāvā efektīvu risinājumu šīm problēmām ar tās unikālajām priekšrocībām — mikroviļņu signālu ģenerēšanu, pārraidīšanu un apstrādi, izmantojot optiskos komponentus. Tomēr integrētās MWP sistēmas ir saskārušās ar vairākiem izaicinājumiem, piemēram, vienlaicīgu īpaši ātrdarbīgu analogo signālu apstrādi, mikroshēmu mēroga integrāciju, augstu precizitāti un zemu enerģijas patēriņu.
Lai risinātu šīs problēmas, profesora Van Čena pētnieku grupa ir izstrādājusi jaunu MWP sistēmu. Sistēma inovatīvi integrē īpaši ātru elektrooptisko (EO) pārveidi ar zemu zudumu daudzfunkcionālu signālu apstrādi vienā mikroshēmā, un tas ir sasniegums, kas nekad nav sasniegts iepriekšējos pētījumos.
Šo izcilo veiktspēju nodrošina integrēts MWP apstrādes dzinējs, kura pamatā ir plānslāņa litija niobāta (LN) platforma. Šis dzinējs spēj veikt plašu analogo signālu apstrādes un skaitļošanas uzdevumu klāstu. Saskaņā ar ziņojumu šai mikroshēmai ir ne tikai īpaši plašs apstrādes joslas platums 67 GHz, bet arī lieliska skaitļošanas precizitāte.
Gadu gaitā komanda ir strādājusi pie integrētu LN fotonisko platformu izpētes. Ir vērts pieminēt, ka 2018. gadā kolēģi no Hārvarda universitātes un Nokia Bell Labs izstrādāja pasaulē pirmo ar CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) saderīgu integrēto elektrooptisko modulatoru uz plānslāņa litija niobāta (LN) platformas, kas izveidoja cietu. pamats pašreizējam pētniecības sasniegumam. Plānās kārtiņas litija niobāts (LN) ir saukts par "fotonikas silīciju", jo tas ir svarīgs fotonikas jomā, kas ir salīdzināms ar silīciju mikroelektronikā.
Šis darbs ne tikai paver pilnīgi jaunu pētniecības jomu - plānslāņa litija niobāta (LN) mikroviļņu fotoniku, bet arī nodrošina mikroviļņu fotonikas mikroshēmas ar kompaktu izmēru, augstu signāla precizitāti un zemu latentumu, kā arī citas priekšrocības. Vēl svarīgāk ir tas, ka šis sasniegums ir jauns virziens mikroshēmu mēroga analogās elektroniskās apstrādes un skaitļošanas dzinējiem.