Licht programmeren voor communicatiesystemen van de volgende generatie

Onderzoekers van de Universiteit Twente, in samenwerking met de City University of Hong Kong, hebben een geavanceerde programmeerbare fotonische chip ontworpen in een dunne-film lithiumniobaat platform, een belangrijk materiaal in de fotonica. Dit werk, dat is gepubliceerd in Nature Communications, is een stap richting de volgende generatie radar- en communicatietoepassingen.

Dunne-film lithiumniobaat fotonica
Een belangrijk materiaal verandert de manier waarop optische chips werken door ze kleiner, sneller en efficiënter te maken: dunne-film lithiumniobaat (TFLN). Het biedt uitzonderlijke eigenschappen voor de manier waarop licht en elektrische signalen kunnen samenwerken. Hierdoor onderzoekers belangrijke componenten, zoals elektro-optische modulatoren en signaalprocessoren, naadloos integreren op een enkele chip. Hierdoor kunnen optische apparaten compacter, efficiënter en hun prestaties verbeteren.

Onderzoekers van de Universiteit Twente ontwierpen een op TFLN gebaseerde geïntegreerde fotonische chip. Dat deden ze in nauwe samenwerking met City University of Hong Kong, waar de fabricage plaatsvindt. Tegelijkertijd fabriceren we deze chips ook lokaal in het MESA+ Nanolab. “Momenteel produceren we deze geïntegreerde fotonische circuits in onze groep, als onderdeel van het nationale groeifondsproject PhotonDelta”, aldus professor David Marpaung, de voorzitter van de groep Nonlineaire Nanofotonica.

Programmeerbare fotonische chip
Een belangrijke doorbraak in dit onderzoek is de programmeerbaarheid van de chip. Door een TFLN modulator te integreren met een netwerk van programmeerbare componenten, hebben onderzoekers een flexibele chip ontwikkeld die radio- en lichtsignalen verwerkt. In tegenstelling tot traditionele fotonische chips met vaste functies, kan deze chip dynamisch opnieuw geconfigureerd worden voor verschillende signaalverwerkingstaken, vergelijkbaar met elektronische chips. “Deze vooruitgang brengt ons dichter bij echte toepassingen in krachtige communicatie- en radarsystemen”, aldus Chuangchuang Wei, een promovendus in Davids groep. De succesvolle integratie, programmeerbaarheid en de potentie voor massaproductie van deze chips laten de cruciale rol van TFLN in de toekomst van fotonische technologieën zien

Stoorzenders verstoren draadloze communicatie door netwerken te overspoelen met interferentie. Een van de nieuwe verwerkingstechnieken van deze chip is antiverstoring. Die technologie blokkeert de sterke interferentie terwijl de zwakke informatiedragende signalen behouden blijven. In tegenstelling tot traditonele filters wordt het niet beperkt door spectrale resolutie, het vermogen om signalen te scheiden die in frequentie zeer dicht bij elkaar liggen. Dit maakt het effectief tegen stoorsignalen met frequenties dicht bij het communicatiesignaal. Deze eigenschap is cruciaal voor radar en 6G netwerken, waar traditionele filters moeite hebben met hele vergelijkbare frequenties.

Meer informatie
Het onderzoek werd uitgevoerd in de groep Nonlineaire Nanofotonica (NLNP; Faculteit TNW and MESA+). Een onderzoeksgroep die geavanceerde op licht gebaseerde technologie op de kleinste schaal onderzoekt. Het artikel, getiteld ‘Programmable multifunctional integrated microwave photonic circuit on thin-film lithium niobate’, is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.