La croissance continue du trafic de données sans fil et cellulaire repose en grande partie sur les ondes lumineuses. Photonique micro-onde dans le domaine de sans souci est dédié à la distribution et au traitement de signaux d'informations électriques par des moyens optiques. Par rapport aux solutions traditionnelles basées uniquement sur l’électronique, les systèmes photoniques micro-ondes peuvent traiter d’énormes quantités de données. Par conséquent, la photonique micro-onde est devenue de plus en plus importante dans le cadre des réseaux cellulaires 5G et au-delà. L'une des tâches principales de la photonique micro-onde est la réalisation de filtres à bande étroite : la sélection de données spécifiques, à des fréquences spécifiques, à partir d'immenses volumes transportés par la lumière.
De nombreux systèmes photoniques micro-ondes sont constitués de composants discrets et séparés et de longs chemins de fibres optiques. Cependant, les exigences de coût, de taille, de consommation d'énergie et de volume de production des réseaux avancés nécessitent une nouvelle génération de systèmes photoniques micro-ondes qui sont réalisés sur une puce. Les filtres photoniques hyperfréquences intégrés, notamment en silicium, sont très recherchés. Il existe cependant un défi fondamental: les filtres à bande étroite exigent que les signaux soient retardés pendant des durées comparativement longues dans le cadre de leur traitement.
«Étant donné que la vitesse de la lumière est si rapide», déclare le professeur Avi Zadok de l'Université de Bar-Ilan, en Israël, «nous manquons d'espace pour les puces avant que les retards nécessaires ne soient pris en compte. Les délais requis peuvent atteindre plus de 100 nanosecondes. Ces retards peuvent sembler courts compte tenu de l'expérience quotidienne; cependant, les chemins optiques qui les supportent mesurent plus de dix mètres de long. Nous ne pouvons pas adapter des chemins aussi longs dans le cadre d'une puce de silicium. Même si nous pouvions d'une manière ou d'une autre replier autant de mètres dans une certaine disposition, l'ampleur des pertes de puissance optique qui l'accompagnerait serait prohibitive. »
Ces longs délais nécessitent un type d'onde différent, qui se déplace beaucoup plus lentement. Dans une étude récemment publiée dans la revue Optica, Zadok et son équipe de la Faculté d'ingénierie et de l'Institut de nanotechnologie et des matériaux avancés de l'Université Bar-Ilan, ainsi que des collaborateurs de l'Université hébraïque de Jérusalem et de Tower Semiconductors, suggèrent une solution. Ils ont réuni des ondes lumineuses et ultrasonores pour réaliser des filtres ultra-étroits de signaux hyperfréquences, dans des circuits intégrés en silicium. Le concept permet une grande liberté pour la conception des filtres.
Moshe Katzman, doctorant de l'Université Bar-Ilan, explique: «Nous avons appris à convertir les informations d'intérêt sous forme d'ondes lumineuses en ultrasons, ondes acoustiques de surface, puis à l'optique. Les ondes acoustiques de surface se déplacent à une vitesse 100,000 XNUMX plus lente. Nous pouvons supporter les retards dont nous avons besoin dans le cadre de notre puce de silicium, à moins d'un millimètre, et avec des pertes très raisonnables. »
Les ondes acoustiques ont servi au traitement de l'information pendant soixante ans; cependant, leur intégration au niveau de la puce aux côtés des ondes lumineuses s'est avérée délicate. Moshe Katzman poursuit: «Au cours de la dernière décennie, nous avons assisté à des démonstrations marquantes de la façon dont les ondes lumineuses et ultrasonores peuvent être réunies sur un dispositif à puce, pour constituer d'excellents filtres photoniques micro-ondes. Cependant, les plates-formes utilisées étaient plus spécialisées. Une partie de l'attrait de la solution réside dans sa simplicité. La fabrication des dispositifs est basée sur des protocoles de routine de guides d'ondes en silicium. Nous ne faisons rien d'extraordinaire ici. Les filtres réalisés sont à bande très étroite: la largeur spectrale des bandes passantes des filtres n'est que de 5 MHz.
Afin de réaliser des filtres à bande étroite, les ondes acoustiques de surface porteuses d'informations sont imprimées plusieurs fois sur l'onde lumineuse de sortie. L'étudiante en doctorat Maayan Priel précise: «Le signal acoustique traverse le chemin lumineux jusqu'à 12 fois, selon le choix de la disposition. Chacun de ces événements imprime une réplique de notre signal d'intérêt sur l'onde optique. En raison de la vitesse acoustique lente, ces événements sont séparés par de longs délais. Leur somme globale est ce qui fait que les filtres fonctionnent. » Dans le cadre de leurs recherches, l'équipe rapporte un contrôle complet sur chaque réplique, vers la réalisation de réponses de filtres arbitraires. Maayan Priel conclut: «La liberté de concevoir la réponse des filtres consiste à tirer le meilleur parti de l’intégré, micro-onde-plateforme photonique. »