Forskare från ARC Center for Ultrahigh bandwidth Devices for Optical Systems (CUDOS) vid University of Sydneys Australian Institute for Nanoscale Science and Technology har gjort ett genombrott för att uppnå radiofrekvenssignalkontroll på sub-nanosekunders tidsskalor på en optisk enhet i chipskala.

Radiofrekvens (RF) är ett speciellt område av elektromagnetiska vågfrekvenser, används ofta för kommunikation och radarsignaler. Arbetet bör påverka den nuvarande trådlösa revolutionen.

Genombrottet beskrevs i dag i tidskriften med stor effekt Optica .

CUDOS och School of Physics PhD-kandidat vid University of Sydney, huvudförfattare Yang Liu, sade att den nya forskningen som kan låsa upp bandbreddsflaskhalsen för trådlösa nätverk över hela världen genomfördes vid huvudkontoret för Australian Institute for Nanoscale Science and Technology (AINST), Sydney Nanoscience Hub för 150 miljoner dollar.

"Nu för tiden, det finns 10 miljarder mobila enheter anslutna till det trådlösa nätverket (rapporterade av Cisco förra året) och alla kräver bandbredd och kapacitet, " sa Mr Liu.

"Genom att skapa mycket snabba avstämbara fördröjningslinjer på chipet, man kan så småningom ge bredare bandbredd omedelbart till fler användare.

"Förmågan att snabbt kontrollera RF-signalen är en avgörande prestanda för applikationer i både vårt dagliga liv och försvar.

"Till exempel, att minska strömförbrukningen och maximera mottagningsräckvidden för framtida mobilkommunikation, RF-signaler måste uppnå riktade och snabba distributioner till olika mobilanvändare från informationscentra, istället för att sprida signalenergi i alla riktningar."

Bristen på den höga inställningshastigheten i nuvarande RF-teknik i modern kommunikation och försvar, har motiverat utvecklingen av lösningar på en kompakt optisk plattform.

Dessa optiska motsvarigheter hade vanligtvis begränsats i prestanda av en låg inställningshastighet i storleksordningen millisekunder (1/1000 av en sekund) som erbjuds av on-chip-värmare, med bieffekter av tillverkningskomplexitet och strömförbrukning.

"För att kringgå dessa problem, vi utvecklade en enkel teknik baserad på optisk kontroll med svarstid snabbare än en nanosekund:en miljarddels sekund – det här är en miljon gånger snabbare än termisk uppvärmning, sa herr Liu.

CUDOS-direktör och medförfattare professor Benjamin Eggleton, som också leder Nanoscale Photonics Circuits AINST flaggskepp, sade att tekniken inte bara skulle vara viktig för att bygga effektivare radar för att upptäcka fiendens attacker utan också skulle göra betydande förbättringar för alla.

"Ett sådant system kommer att vara avgörande inte bara för att skydda vår försvarskapacitet, det kommer också att bidra till att främja den så kallade trådlösa revolutionen – där fler och fler enheter är anslutna till det trådlösa nätverket, " sa professor Eggleton.

"Detta inkluderar internet of things, femte generationens (5G) kommunikation, och smarta hem och smarta städer.

"Kiselfotonik, tekniken som ligger till grund för detta framsteg, det går väldigt fort, hitta applikationer i datacenter just nu.

"Vi förväntar oss att tillämpningarna av detta arbete kommer att ske inom ett decennium för att ge en lösning på problemet med trådlös bandbredd.

"Vi arbetar för närvarande på de mer avancerade silikonenheterna som är högintegrerade och kan användas i små mobila enheter, " sa professor Eggleton.

Genom att optiskt variera styrsignalen vid gigahertz-hastigheter, tidsfördröjningen för RF-signalen kan förstärkas och kopplas om med samma hastighet.

Liu och forskarkollegorna Dr Amol Choudhary, Dr David Marpaung och professor Eggleton uppnådde detta på ett integrerat fotoniskt chip, banar väg mot ultrasnabba och omkonfigurerbara on-chip RF-system med oöverträffade fördelar i kompaktitet, låg energiförbrukning, låg tillverkningskomplexitet, flexibilitet och kompatibilitet med befintliga RF-funktioner.