FOTONISCHE CHIP MET RECORDBREKEND DYNAMISCH RADIOFREQUENTIE BEREIK
Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een revolutionair microgolf fotonisch filter ontwikkeld met een ongekend dynamisch bereik. Het filter is programmeerbaar en volledig integreerbaar. Dit iseen belangrijke doorbraak in de integratie van functionaliteit en prestaties in fotonische signaalprocessoren voor radiofrequenties.
Prof. dr. David Marpaung, een van de auteurs van de publicatie, zegt: “Ons werk doorbreekt de standaard en gefragmenteerde aanpak van integratie, functionaliteit en prestaties. Dit werk opent de weg voor de toepassing van fotonische systemen in reële toepassingen. Traditionele radiofrequentiefilters werken alleen in een smal frequentiebereik. Dat betekent dat je verschillende afzonderlijke filters nodig hebt voor breedbandwerking. Ons apparaat is intergreerbaar, breedbandig en heeft een enorm dynamisch bereik, waardoor het mogelijk is om slechts één enkel fotonisch circuit te gebruiken voor verschillende frequentiebereiken.”
ULTRAHOOG DYNAMISCH BEREIK
Vóór deze ontdekking waren de prestaties van programmeerbare fotonische microgolfschakelingen met dergelijke geavanceerde functies slecht. “Veelzijdige programmering van de chip resulteerde in verschillende storingen zoals verlies, ruis en vervorming van het signaal”, legt Marpaung uit. Om dit te voorkomen maken de onderzoekers gebruik van programmeerbare resonatoren en interferometers. De combinatie van die twee kan het effect van ruis en niet-lineaire vervorming verminderen en biedt tegelijkertijd een groot aantal filterfuncties.
RECORDLAAG HOEVEELHEID RUIS
De onderzoekers gebruikten ook een speciaal instrument – een zogenaamde modulatietransformator – om de sterkte en timing van lichtgolven en radiofrequentiesignalen aan te passen. Hierdoor verbeterden ze de hoeveelheid ruis en het dynamisch bereik van de chip. Door deze elementen te combineren in een enkele schakeling, liet het team programmeerbare filterfuncties zien met een record lage hoeveelheid ruis van 15 dB en een radiofrequentie notch filter met een ultrahoog dynamisch bereik van meer dan 123 dB in 1 Hz bandbreedte (een vergelijkbaar bereik als het geluidsniveau tussen volledige stilte en een rockconcert).
VELE TOEPASSINGEN
Het filter kan een sleutelrol spelen in moderne radiofrequentie- en microgolftoepassingen, waaronder cognitieve radio, multi-band all-spectrum communicatie en breedband programmeerbare front-ends. Marpaung zegt: “Het oplossen van het probleem van ruis en het dynamisch bereik is een van de moeilijkste uitdagingen in de microgolffotonica. Deze doorbraak bewijst dat geïntegreerde microgolffotonica inderdaad zeer hoge prestaties kan leveren. Dit zal de toepassing van deze technologie in bijvoorbeeld de volgende generatie communicatietechnologie (6G) en satellietcommunicatie bevorderen.”
MEER INFORMATIE
De onderzoekers publiceerden hun onderzoek onlangs als artikel met de titel ‘Ultrahigh dynamic range and low noise figure programmable integrated microwave photonic filter‘ in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications. Het artikel is open-access en kan online worden gelezen. Een week geleden verdedigde een van de auteurs, Dr. Okky Daulay, met succes zijn proefschrift over dit onderwerp. Voor zijn werk kreeg hij het cijfer cum laude. Prof. dr. David Marpaung is voorzitter van de groep niet-lineaire nanofotonica (NLNP; faculteit TNW en MESA+).
Dit artikel is een ingezonden bericht en valt buiten de verantwoordelijkheid van de redactie.