Forskare utvecklar ultrasnabb signalbehandlingschip för mikrovågsfotonik

Nyligen har en forskargrupp ledd av prof. Wang Cheng vid avdelningen för elektroteknik vid City University of Hong Kong framgångsrikt utvecklat ett världsledande mikrovågsfotonik (MWP)-chip. Detta chip kan använda den optiska principen för att utföra ultrasnabb analog elektronisk signalbehandling och beräkning.
Chipet är inte bara 1000 gånger snabbare än konventionella elektroniska processorer, utan förbrukar också mindre energi. Dess breda utbud av applikationer täcker en mängd olika områden som 5/6G trådlösa kommunikationssystem, högupplösta radarsystem, artificiell intelligens, datorseende och bild-/videobehandling.
Teamet samarbetade med det kinesiska universitetet i Hong Kong om forskningen, som har publicerats i tidskriften Nature, med titeln Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine.
Med den snabba expansionen av trådlösa nätverk, Internet of Things (IoT) och molnbaserade tjänster har efterfrågan på underliggande RF-system växt exponentiellt. Mikrovågsfotonik (MWP)-teknik erbjuder en effektiv lösning på dessa utmaningar med sina unika fördelar att generera, sända och bearbeta mikrovågssignaler genom att använda optiska komponenter. Integrerade MWP-system har dock ställts inför flera utmaningar såsom samtidig realisering av ultrahöghastighets analog signalbehandling, integration i chipskala, hög kvalitet och låg strömförbrukning.
För att möta dessa utmaningar har professor Wang Chengs forskargrupp utvecklat ett nytt MWP-system. Systemet integrerar innovativt ultrasnabb elektrooptisk (EO) omvandling med lågförlust multifunktionell signalbehandling på ett enda chip, en prestation som aldrig har uppnåtts i tidigare forskning.
Denna enastående prestanda möjliggörs av en integrerad MWP-bearbetningsmotor baserad på en tunnfilmslitiumniobat (LN)-plattform. Denna motor kan utföra ett brett utbud av analog signalbehandling och beräkningsuppgifter. Enligt rapporten har detta chip inte bara en ultrabred bearbetningsbandbredd på 67 GHz, utan har också utmärkt beräkningsnoggrannhet.
Under åren har teamet arbetat med forskning om integrerade LN fotoniska plattformar. Det är värt att nämna att under 2018 utvecklade kollegor vid Harvard University och Nokia Bell Labs världens första CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)-kompatibla integrerade elektrooptiska modulatorer på en tunnfilmslitiumniobat (LN)-plattform, som lade en solid grunden för det nuvarande forskningsgenombrottet. Tunnfilmslitiumniobat (LN) har kallats "fotonikens kisel" på grund av dess betydelse inom fotonikområdet, vilket är jämförbart med kisel i mikroelektronik.
Detta arbete öppnar inte bara upp ett helt nytt forskningsfält - tunnfilmslitiumniobat (LN) mikrovågsfotonik, utan möjliggör också mikrovågsfotonikchips med kompakt storlek, hög signaltrohet och låg latens, bland andra fördelar. Ännu viktigare är att detta genombrott representerar en ny riktning för chip-skala analog elektronisk bearbetning och beräkningsmotorer.