Den fortsatta tillväxten av trådlös och mobil datatrafik är starkt beroende av ljusvågor. Mikrovågsfotonik är det teknikområde som är dedikerat till distribution och bearbetning av elektriska informationssignaler med optiska medel. Jämfört med traditionella lösningar baserade på enbart elektronik, mikrovågsfotoniska system kan hantera enorma mängder data. Därför, mikrovågsfotonik har blivit allt viktigare som en del av 5G-mobilnät och vidare. En primär uppgift för mikrovågsfotonik är förverkligandet av smalbandsfilter:Valet av specifika data, vid specifika frekvenser, ur enorma volymer som förs över ljus.

Många fotoniska mikrovågssystem är byggda av diskreta, separata komponenter och långa optiska fibervägar. Dock, kostnaden, storlek, strömförbrukning och produktionsvolymkrav för avancerade nätverk kräver en ny generation av mikrovågsfotoniska system som realiseras på ett chip. Integrerade mikrovågsfotoniska filter, särskilt i kisel, är mycket eftertraktade. Det finns, dock, en grundläggande utmaning:smalbandsfilter kräver att signaler fördröjs under jämförelsevis långa varaktigheter som en del av deras bearbetning.

"Eftersom ljusets hastighet är så hög, "säger professor Avi Zadok från Bar-Ilan University, Israel, "vi får slut på chiputrymme innan de nödvändiga förseningarna har tillgodoses. De nödvändiga förseningarna kan uppgå till över 100 nanosekunder. Sådana förseningar kan tyckas vara korta med tanke på daglig erfarenhet; dock, de optiska banorna som stöder dem är över tio meter långa. Vi kan omöjligt passa in så långa vägar som en del av ett kiselchip. Även om vi på något sätt kunde vika över så många meter i en viss layout, omfattningen av optiska effektförluster för att följa med det skulle vara oöverkomligt."

Dessa långa förseningar kräver en annan typ av våg, en som reser mycket långsammare. I en studie som nyligen publicerats i tidskriften Optica , Zadok och hans team från fakulteten för teknik och institutet för nanoteknologi och avancerade material vid Bar-Ilan University, och medarbetare från hebreiska universitetet i Jerusalem och Tower Semiconductors, föreslå en lösning. De sammanförde ljus- och ultraljudvågor för att realisera ultrasmala filter av mikrovågssignaler, i integrerade kretsar av kisel. Konceptet ger stor frihet för filterdesign.

Doktorand Moshe Katzman vid Bar-Ilan University förklarar, "Vi har lärt oss hur man konverterar informationen av intresse från formen av ljusvågor till ultraljud, akustiska ytvågor, och sedan tillbaka till optiken. De akustiska ytvågorna färdas med en hastighet som är 100, 000 långsammare. Vi kan ta emot de förseningar som vi behöver som en del av vårt kiselchip, inom mindre än en millimeter, och med förluster som är mycket rimliga."

Akustiska vågor har tjänat till att bearbeta information i sextio år; dock, deras integration på chipnivå tillsammans med ljusvågor har visat sig vara knepig. Moshe Katzman fortsätter, "Under det senaste decenniet har vi sett landmärken demonstrationer av hur ljus och ultraljudsvågor kan föras samman på en chipenhet, för att skapa utmärkta mikrovågsfotoniska filter. Dock, plattformarna som användes var mer specialiserade. En del av överklagandet av lösningen är i dess enkelhet. Tillverkningen av enheter är baserad på rutinprotokoll för kiselvågledare. Vi gör inget fancy här." De realiserade filtren är mycket smalbandiga:Den spektrala bredden på filtrets passband är bara 5 MHz.

För att realisera smalbandsfilter, de informationsbärande akustiska ytvågorna är präglade på den utgående ljusvågen flera gånger. Doktoranden Maayan Priel utvecklar, "Den akustiska signalen korsar ljusbanan upp till 12 gånger, beroende på val av layout. Varje sådan händelse präglar en kopia av vår signal av intresse på den optiska vågen. På grund av den långsamma akustiska hastigheten, dessa händelser separeras av långa förseningar. Deras övergripande summering är det som gör att filtren fungerar." Som en del av deras forskning, teamet rapporterar fullständig kontroll över varje replik, mot förverkligandet av godtyckliga filtersvar. Maayan Priel avslutar, "Friheten att utforma responsen från filtren är att få ut det mesta av den integrerade, mikrovågsfotonisk plattform. "