En forskargrupp ledd av professor Wang Cheng från avdelningen för elektroteknik (EE) vid City University of Hong Kong (CityUHK) har utvecklat ett världsledande mikrovågsfotoniskt chip som kan utföra ultrasnabb analog elektronisk signalbehandling och beräkning med hjälp av optik.
Chipet, som är 1 000 gånger snabbare och förbrukar mindre energi än en traditionell elektronisk processor, har ett brett utbud av applikationer som täcker 5/6G trådlösa kommunikationssystem, högupplösta radarsystem, artificiell intelligens, datorseende och bild-/videobehandling .
Teamets resultat publicerades i Nature i en artikel med titeln "Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine." Det är en forskningssamverkan med The Chinese University of Hong Kong (CUHK).
Den snabba expansionen av trådlösa nätverk, Internet of Things och molnbaserade tjänster har ställt stora krav på underliggande radiofrekvenssystem. Teknik för mikrovågsfotonik (MWP), som använder optiska komponenter för generering, överföring och manipulation av mikrovågssignaler, erbjuder effektiva lösningar på dessa utmaningar. Integrerade MWP-system har dock kämpat för att samtidigt uppnå ultrahöghastighets analog signalbehandling med chip-skala integration, hög kvalitet och låg effekt.
"För att möta dessa utmaningar utvecklade vårt team ett MWP-system som kombinerar ultrasnabb elektrooptisk (EO) konvertering med lågförlust, multifunktionell signalbehandling på ett enda integrerat chip, vilket inte har uppnåtts tidigare," förklarade professor Wang.
Sådan prestanda möjliggörs av en integrerad MWP-bearbetningsmotor baserad på en tunnfilmslitiumniobat (LN)-plattform som kan utföra multifunktionsbehandling och beräkningsuppgifter för analoga signaler.
"Chipet kan utföra höghastighets analog beräkning med ultrabred bearbetningsbandbredd på 67 GHz och utmärkt beräkningsnoggrannhet", säger Feng Hanke, Ph.D. student vid EE och uppsatsens första författare.
Teamet har varit dedikerat till att undersöka den integrerade LN fotoniska plattformen i flera år. Under 2018 utvecklade kollegor vid Harvard University och Nokia Bell labs världens första CMOS (komplementära metalloxid-halvledare)-kompatibla integrerade elektrooptiska modulatorer på LN-plattformen, vilket lägger grunden för det nuvarande forskningsgenombrottet. LN kallas "fotonikens kisel" för dess betydelse för fotonik, jämförbar med kisel i mikroelektronik.
Deras arbete öppnar upp ett nytt forskningsfält, det vill säga LN mikrovågsfotonik, vilket möjliggör mikrovågsfotonikchips med kompakta storlekar, hög signaltrohet och låg latens; den representerar också en chip-skala analog elektronisk bearbetnings- och beräkningsmotor.
Mer information: Cheng Wang, integrerad fotonisk processmotor för litiumniobat-mikrovåg, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07078-9. www.nature.com/articles/s41586-024-07078-9.
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av City University of Hong Kong
