يعتمد النمو المستمر لحركة مرور البيانات اللاسلكية والخلوية بشكل كبير على الموجات الضوئية. الضوئيات الميكروية في مجال التكنلوجيا مخصص لتوزيع ومعالجة إشارات المعلومات الكهربائية باستخدام الوسائل البصرية. بالمقارنة مع الحلول التقليدية التي تعتمد على الإلكترونيات وحدها، يمكن للأنظمة الضوئية بالموجات الدقيقة التعامل مع كميات هائلة من البيانات. لذلك، أصبحت الضوئيات بالموجات الدقيقة ذات أهمية متزايدة كجزء من شبكات الجيل الخامس الخلوية وما بعدها. تتمثل المهمة الأساسية لضوئيات الموجات الدقيقة في تحقيق مرشحات ضيقة النطاق: اختيار بيانات محددة، بترددات محددة، من الأحجام الهائلة التي يتم نقلها عبر الضوء.
تم بناء العديد من أنظمة الميكروويف الضوئية من مكونات منفصلة ومنفصلة ومسارات ألياف بصرية طويلة. ومع ذلك ، فإن التكلفة والحجم واستهلاك الطاقة ومتطلبات حجم الإنتاج للشبكات المتقدمة تتطلب جيلًا جديدًا من أنظمة الميكروويف الضوئية التي يتم تحقيقها على شريحة. المرشحات الضوئية المدمجة بالميكروويف ، خاصة في السيليكون ، مطلوبة بشدة. ومع ذلك ، هناك تحد أساسي: تتطلب مرشحات النطاق الضيق تأخير الإشارات لفترات طويلة نسبيًا كجزء من معالجتها.
يقول البروفيسور آفي زادوك من جامعة بار إيلان بإسرائيل ، "نظرًا لأن سرعة الضوء سريعة جدًا ، فقد نفدت مساحة الرقاقة لدينا قبل استيعاب التأخيرات اللازمة. قد تصل التأخيرات المطلوبة إلى أكثر من 100 نانوثانية. قد تبدو هذه التأخيرات قصيرة بالنظر إلى التجربة اليومية ؛ ومع ذلك ، يبلغ طول المسارات الضوئية التي تدعمها أكثر من عشرة أمتار. لا يمكننا احتواء مثل هذه المسارات الطويلة كجزء من شريحة سيليكون. حتى لو تمكنا بطريقة ما من الطي فوق هذا العدد الكبير من الأمتار في تصميم معين ، فإن مدى فقد الطاقة الضوئية لمواكبة ذلك سيكون أمرًا باهظًا ".
تتطلب هذه التأخيرات الطويلة نوعًا مختلفًا من الموجات ، نوع ينتقل ببطء أكثر. في دراسة نشرت مؤخرا في المجلة بصرياتويقترح زادوك وفريقه من كلية الهندسة ومعهد تكنولوجيا النانو والمواد المتقدمة في جامعة بار إيلان ، ومتعاونون من الجامعة العبرية في القدس وبرج أشباه الموصلات ، حلاً. لقد جمعوا الموجات الضوئية والموجات فوق الصوتية معًا لتحقيق مرشحات ضيقة جدًا لإشارات الميكروويف ، في دوائر السيليكون المتكاملة. يسمح المفهوم بحرية كبيرة لتصميم المرشح.
يوضح موشيه كاتزمان ، طالب الدكتوراه بجامعة بار إيلان ، "لقد تعلمنا كيفية تحويل المعلومات التي تهمنا من شكل موجات الضوء إلى الموجات فوق الصوتية ، والموجات الصوتية السطحية ، ثم العودة إلى البصريات. تنتقل الموجات الصوتية السطحية بسرعة أبطأ 100,000. يمكننا استيعاب التأخيرات التي نحتاجها كجزء من شريحة السيليكون الخاصة بنا ، في نطاق أقل من ملليمتر ، وبخسائر معقولة جدًا ".
عملت الموجات الصوتية في معالجة المعلومات لمدة ستين عامًا ؛ ومع ذلك ، فقد ثبت أن تكاملها على مستوى الرقاقة جنبًا إلى جنب مع الموجات الضوئية صعب. يتابع موشيه كاتزمان قائلاً: "على مدى العقد الماضي ، رأينا عروض توضيحية بارزة لكيفية تجميع الضوء والموجات فوق الصوتية معًا على جهاز رقاقة ، لتكوين مرشحات ضوئية ميكروويف ممتازة. ومع ذلك ، كانت المنصات المستخدمة أكثر تخصصًا. جزء من جاذبية الحل يكمن في بساطته. يعتمد تصنيع الأجهزة على البروتوكولات الروتينية لأدلة الموجات السيليكونية. نحن لا نفعل أي شيء خيالي هنا ". المرشحات المحققة ضيقة النطاق للغاية: العرض الطيفي لنطاقات مرور المرشحات هو 5 MHz فقط.
من أجل تحقيق المرشحات ضيقة النطاق ، يتم طباعة الموجات الصوتية السطحية الحاملة للمعلومات على موجة الضوء الناتج عدة مرات. يوضح طالب الدكتوراه Maayan Priel قائلاً: "تعبر الإشارة الصوتية مسار الضوء حتى 12 مرة ، اعتمادًا على اختيار التصميم. كل حدث من هذا القبيل يطبع نسخة طبق الأصل من إشارة اهتمامنا على الموجة الضوئية. نظرًا لبطء سرعة الصوت ، يتم فصل هذه الأحداث بفترات تأخير طويلة. مجموعهم العام هو ما يجعل المرشحات تعمل ". كجزء من بحثهم ، أبلغ الفريق عن سيطرة كاملة على كل نسخة متماثلة ، من أجل تحقيق استجابات التصفية التعسفية. ويختتم معيان بريل ، "إن حرية تصميم استجابة المرشحات تحقق أقصى استفادة من التكامل ، الميكروويفمنصة فوتونية. "