Imec ja Gentin yliopisto ovat kehittäneet maailman ensimmäisen täysin integroidun mikroaalto-fotoniikkapiirin, joka yhdistää kaikki optiset ja mikroaaltokomponentit yhdelle sirulle.
Kyse on merkittävästä läpimurrosta langattoman viestinnän ja tutkateknologian alalla. Siruun on integroitu valonlähteet, modulaattorit, optiset suodattimet ja detektorit, ja se on ohjelmoitava – tämä mahdollistaa sen käytön monenlaisissa korkean taajuuden sovelluksissa, kuten 5G/6G-verkoissa, satelliittilinkeissä ja tutkajärjestelmissä.
Mikroaaltolinkissä data siirtyy radiotaajuuksilla (esimerkiksi 10–100 GHz) langattomasti kahden pisteen välillä. Tällaisen linkin suorituskyky voi heikentyä, kun taajuus kasvaa, koska sähköiset komponentit aiheuttavat häviöitä ja rajoituksia.
Tässä uudessa fotonipiirissä mikroaaltosignaali muunnetaan ensin valoksi. Piirissä on korkeataajuinen optinen modulaattori, joka "koodaa" mikroaaltodatan lasersäteeseen. Tämä tapahtuu muuttamalla valon ominaisuuksia (esim. intensiteettiä tai vaihetta) mikroaaltosignaalin rytmissä.
Sen jälkeen signaali kulkee ohjelmoitavan optisen suodattimen läpi, joka voi vaimentaa, korostaa tai muokata tietyt taajuusalueet. Tämä mahdollistaa monimutkaisen signaalinkäsittelyn ilman raskasta elektroniikkaa. Valodetektori muuntaa optisen signaalin takaisin sähköiseksi mikroaaltosignaaliksi, joka voidaan lähettää antennin kautta tai jatkokäsitellä.
Sirulle on integroitu siirrettävät laserit, mikä tekee laitteesta itsenäisen eikä se tarvitse ulkoista valolähdettä.
Gentin yliopiston professori Wim Bogaertsin mukaan nyt kehitetty piiri tuo mikroaaltofotoniikan teknologian ensimmäistä kertaa sellaiseen muotoon, jossa se voidaan oikeasti ottaa käyttöön massatuotannossa. Koska kaikki kriittiset komponentit – kuten valonlähteet, modulaattorit, suodattimet ja detektorit – ovat integroituna samalle sirulle, järjestelmä voidaan valmistaa samoilla tuotantolinjoilla kuin muutkin piipohjaiset mikropiirit. Tämä vähentää valmistuskustannuksia, pienentää laitteen fyysistä kokoa ja vähentää virrankulutusta merkittävästi.
Tämänkaltaiset integroidut piiriratkaisut mahdollistavat huippunopean datansiirron ilman perinteisen elektroniikan rajoituksia. Käytännössä tämä tarkoittaa esimerkiksi langattomia tukiasemia, satelliittilaitteita tai tutkajärjestelmiä, jotka ovat sekä energiatehokkaita että fyysisesti pienikokoisia – mutta silti kykeneviä käsittelemään erittäin suuria tietomääriä. Lisäksi ohjelmoitavuus tuo joustavuutta: sama siru voidaan sovittaa erilaisiin käyttötarkoituksiin ohjelmallisesti ilman, että fyysisiä komponentteja tarvitsee vaihtaa.
Bogaertsin mukaan kyseessä on perustavanlaatuinen edistysaskel kohti uuden sukupolven tietoliikennetekniikkaa, jossa optiikka ja radioaallot eivät enää ole erillisiä järjestelmiä, vaan sulautuvat yhdeksi tehokkaaksi kokonaisuudeksi.
5G-yhteyden rakentamiseen ei välttämättä tarvita matkapuhelinoperaattoria, SIM-kortteja eikä lisensoitua radiotaajuutta. DECT NR+ tuo 5G-standardin ominaisuuksia paikallisiin IoT-verkkoihin, joissa tarvitaan pitkää kantamaa, pientä viivettä ja luotettavaa tiedonsiirtoa. Uusi tekniikka yhdistää itsestään järjestäytyvän mesh-verkon, energiatehokkuuden ja nopean tiedonsiirron tavalla, joka haastaa monet nykyiset langattomat ratkaisut.