Pertumbuhan lalu lintas data nirkabel dan seluler yang berkelanjutan sangat bergantung pada gelombang cahaya. Fotonik gelombang mikro di bidang teknologi didedikasikan untuk distribusi dan pemrosesan sinyal informasi listrik menggunakan sarana optik. Dibandingkan dengan solusi tradisional yang berbasis elektronik saja, sistem fotonik gelombang mikro dapat menangani data dalam jumlah besar. Oleh karena itu, fotonik gelombang mikro menjadi semakin penting sebagai bagian dari jaringan seluler 5G dan seterusnya. Tugas utama fotonik gelombang mikro adalah realisasi filter pita sempit: Pemilihan data spesifik, pada frekuensi tertentu, dari volume besar yang dibawa melalui cahaya.
Banyak sistem fotonik gelombang mikro dibangun dari komponen terpisah dan terpisah serta jalur serat optik yang panjang. Namun, persyaratan biaya, ukuran, konsumsi daya, dan volume produksi dari jaringan canggih membutuhkan generasi baru sistem fotonik gelombang mikro yang direalisasikan pada sebuah chip. Filter fotonik gelombang mikro terintegrasi, terutama dalam silikon, sangat dicari. Namun, ada tantangan mendasar: Filter pita sempit mengharuskan sinyal ditunda untuk jangka waktu yang relatif lama sebagai bagian dari pemrosesannya.
“Karena kecepatan cahaya sangat cepat,” kata Prof. Avi Zadok dari Bar-Ilan University, Israel, “kami kehabisan ruang chip sebelum penundaan yang diperlukan diakomodasi. Penundaan yang diperlukan bisa mencapai lebih dari 100 nanodetik. Penundaan tersebut mungkin tampak singkat mengingat pengalaman sehari-hari; namun, jalur optik yang mendukungnya lebih dari sepuluh meter. Kami tidak mungkin memasukkan jalur panjang seperti itu sebagai bagian dari chip silikon. Bahkan jika kami entah bagaimana bisa melipat beberapa meter dalam tata letak tertentu, tingkat kehilangan daya optik yang menyertainya akan menjadi penghalang. ”
Penundaan yang lama ini membutuhkan jenis gelombang yang berbeda, gelombang yang bergerak jauh lebih lambat. Dalam studi yang baru-baru ini diterbitkan di jurnal Optica, Zadok dan timnya dari Fakultas Teknik dan Institut Nanoteknologi dan Material Maju di Universitas Bar-Ilan, serta kolaborator dari Universitas Ibrani Yerusalem dan Semikonduktor Menara, menyarankan solusi. Mereka menyatukan gelombang cahaya dan ultrasonik untuk mewujudkan filter ultra-sempit sinyal gelombang mikro, dalam sirkuit terintegrasi silikon. Konsep ini memungkinkan kebebasan besar untuk desain filter.
Mahasiswa doktoral Universitas Bar-Ilan, Moshe Katzman menjelaskan, “Kami telah belajar bagaimana mengubah informasi yang menarik dari bentuk gelombang cahaya menjadi ultrasonik, gelombang akustik permukaan, dan kemudian kembali ke optik. Gelombang akustik permukaan bergerak dengan kecepatan 100,000 lebih lambat. Kami dapat mengakomodasi penundaan yang kami perlukan sebagai bagian dari chip silikon kami, dalam waktu kurang dari satu milimeter, dan dengan kerugian yang sangat wajar. "
Gelombang akustik telah berfungsi untuk pemrosesan informasi selama enam puluh tahun; namun, integrasi tingkat chip bersama gelombang cahaya terbukti rumit. Moshe Katzman melanjutkan, “Selama dekade terakhir, kami telah melihat demonstrasi penting tentang bagaimana cahaya dan gelombang ultrasound dapat disatukan pada perangkat chip, untuk membuat filter fotonik gelombang mikro yang sangat baik. Namun, platform yang digunakan lebih terspesialisasi. Bagian dari daya tarik solusi ini terletak pada kesederhanaannya. Pembuatan perangkat didasarkan pada protokol rutin pandu gelombang silikon. Kami tidak melakukan sesuatu yang mewah di sini. ” Filter yang direalisasikan sangat sempit: Lebar spektral dari jalur filter hanya 5 MHz.
Untuk mewujudkan filter pita sempit, gelombang akustik permukaan pembawa informasi dicetak pada gelombang cahaya keluaran beberapa kali. Mahasiswa doktoral Maayan Priel menjelaskan, “Sinyal akustik melintasi jalur cahaya hingga 12 kali, tergantung pada pilihan tata letak. Setiap peristiwa semacam itu mencetak replika sinyal minat kami pada gelombang optik. Karena kecepatan akustik yang lambat, kejadian ini dipisahkan oleh penundaan yang lama. Penjumlahan keseluruhannya adalah yang membuat filter berfungsi. " Sebagai bagian dari penelitian mereka, tim melaporkan kontrol penuh atas setiap replika, untuk mewujudkan respons filter yang sewenang-wenang. Maayan Priel menyimpulkan, “Kebebasan untuk mendesain respons filter memaksimalkan integrasi, microwaveplatform -photonic. ”