Forskare från EPFL:s Photonics Systems Lab har kommit på ett sätt att omkonfigurera mikrofonfotonfilter utan att behöva en extern enhet. Detta banar väg för mer kompakta, miljövänliga filter som blir mer praktiska och billigare att använda. Potentiella applikationer inkluderar detekterings- och kommunikationssystem. Forskarnas resultat har nyligen publicerats i Naturkommunikation .

Fotoner ser ut att ersätta elektroner i otaliga uppgifter, eftersom de rör sig snabbare och förbrukar mindre energi. Dessa små ljuspartiklar har också den fördelen att de är förvånansvärt flexibla - deras frekvensområde är 1, 000 till 10, 000 gånger större än elektronernas. Så att använda ljus snarare än elektricitet för att manipulera mikrovågor ger dig en mycket bredare bandbredd att arbeta med. Fotonik är särskilt användbar i kommunikationssystem, sakernas internet och strålformning, vilket är en signalbehandlingsmetod som används i antennsystem. Men för tillfället, Mikrovågsfotoniska system kan fortfarande inte generera ljuspulser på datorchips - en utveckling som skulle göra chipsen mer miljövänlig, billigare och mer praktiskt att använda. Forskare vid EPFL:s Photonics Systems Lab har just gjort ett stort genombrott på detta område:de har utvecklat omkonfigurerbara radiofrekvensfilter som kan producera mikrovågor av hög kvalitet utan att behöva en skrymmande extern enhet. Genom att skapa interferens mellan två pulser inom en mikrokomb, de kunde noggrant styra pulserna för att omkonfigurera den utgående radiofrekvensen. Forskarnas resultat publicerades nyligen i Naturkommunikation .

Integrering av en ljuskälla i ett chip

Ett mikrofonfotonfilter omvandlar en inkommande radiofrekvens till en optisk signal som sedan kan bearbetas av en fotonisk enhet för att extrahera information. En fotoreceptor än omvandlar signalen tillbaka till en radiofrekvens. Tillbaka i april, forskare i ett annat EPFL -laboratorium, K-labbet, lyckats generera olika typer av mikrokamrar på ett kiselnitridchip, för att producera högkvalitativa solitonpulssignaler. Allt som återstod var att visa att pulssignalerna kan användas för att omkonfigurera mikrovågorna och att systemet var lika flexibelt, linjär, spektral rent och brusfritt som föregående, mer skrymmande enheter - exakt vad forskarna i Photonics Systems Lab optimerade chippet att göra.

Tekniken som används i dessa marker, som är mindre än ett mynt, är baserat på hur ljus interagerar med den omgivande miljön. Signalens våglängd kan modifieras genom att antingen variera ljuskällan eller genom att ändra form eller material på den optiska kanalen den passerar genom. "Att använda en ljuskälla som kan kombinera flera våglängder innebär att vi kan hålla filterets struktur ganska enkel, "förklarar Camille Brès, som driver Photonics Systems Lab. "Om vi ​​kan omkonfigurera frekvensen genom att ändra ljuspulsen, vi behöver inte ändra det fysiska stödet. "Forskarnas huvudsakliga prestation var att de kunde ersätta de lätta generatorerna för bärbara datorer med optiska miniatyrchipresonatorer som använder laserpulser för att skapa perfekta solitoner.

Ändra utgående frekvens

För att dessa filter ska kunna användas i olika applikationer, de måste också kunna ändra den utgående radiofrekvensen. "Nuvarande filter kräver programmerbara pulsformer för att ställa in den utgående frekvensen och förbättra vågkvaliteten, vilket gör systemen komplexa och svåra att marknadsföra, "säger Jianqi Hu, en doktorsexamen student i Photonics Systems Lab och studiens huvudförfattare. För att övervinna detta hinder, forskarna genererade on-chip interferens mellan två solitons-genom att ändra vinkeln mellan dem, de kunde omkonfigurera filterfrekvensen. Detta genombrott innebär att dessa system kan göras fullt portabla och användas med 5G- och terahertz -vågor.