Kablosuz ve hücresel veri trafiğinin sürekli büyümesi büyük ölçüde ışık dalgalarına bağlıdır. Mikrodalga fotonik alanında teknoloji optik araçlar kullanılarak elektriksel bilgi sinyallerinin dağıtımı ve işlenmesine adanmıştır. Yalnızca elektronik tabanlı geleneksel çözümlerle karşılaştırıldığında, mikrodalga fotonik sistemleri çok büyük miktarda veriyi işleyebilir. Bu nedenle mikrodalga fotoniği, 5G hücresel ağların ve ötesinin bir parçası olarak giderek daha önemli hale geldi. Mikrodalga fotoniğinin birincil görevi dar bant filtrelerinin gerçekleştirilmesidir: Işık üzerinde taşınan muazzam hacimlerden belirli frekanslardaki belirli verilerin seçilmesi.
Birçok mikrodalga fotonik sistemi ayrık, ayrı bileşenlerden ve uzun fiber optik yollardan oluşur. Ancak gelişmiş ağların maliyet, boyut, güç tüketimi ve üretim hacmi gereksinimleri, çip üzerinde gerçekleştirilen yeni nesil mikrodalga fotonik sistemlerini gerektirmektedir. Özellikle silikondan yapılmış entegre mikrodalga fotonik filtreler oldukça rağbet görüyor. Ancak temel bir zorluk var: Dar bant filtreleri, sinyallerin işlenmesinin bir parçası olarak nispeten uzun süreler boyunca geciktirilmesini gerektirir.
İsrail'deki Bar-Ilan Üniversitesi'nden Prof. Avi Zadok şöyle diyor: "Işık hızı çok hızlı olduğundan, gerekli gecikmeler karşılanmadan çip alanımız tükeniyor. Gerekli gecikmeler 100 nanosaniyenin üzerine çıkabilir. Bu tür gecikmeler günlük tecrübeler göz önüne alındığında kısa görünebilir; ancak onları destekleyen optik yolların uzunluğu on metrenin üzerindedir. Bu kadar uzun yolları bir silikon çipin parçası olarak sığdırmamız mümkün değil. Belirli bir düzende bir şekilde bu kadar metre katlanabilsek bile, bununla birlikte ortaya çıkacak optik güç kayıplarının boyutu engelleyici olacaktır."
Bu uzun gecikmeler, çok daha yavaş ilerleyen farklı türde bir dalga gerektirir. Yakın zamanda dergide yayınlanan bir çalışmada optik, Bar-Ilan Üniversitesi Mühendislik Fakültesi ve Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Enstitüsü'nden Zadok ve ekibi ile Kudüs İbrani Üniversitesi ve Tower Semiconductors'dan işbirlikçileri bir çözüm öneriyor. Silikon entegre devrelerde mikrodalga sinyallerinin ultra dar filtrelerini gerçekleştirmek için ışık ve ultrasonik dalgaları bir araya getirdiler. Konsept, filtre tasarımı için geniş bir özgürlük sağlar.
Bar-Ilan Üniversitesi doktora öğrencisi Moshe Katzman şöyle açıklıyor: "İlgi konusu bilgiyi ışık dalgaları formundan ultrasonik, yüzey akustik dalgalarına ve ardından tekrar optiğe nasıl dönüştüreceğimizi öğrendik. Yüzey akustik dalgaları 100,000 kat daha yavaş bir hızda hareket eder. Silikon çipimizin bir parçası olarak ihtiyaç duyduğumuz gecikmeleri bir milimetreden daha kısa bir sürede ve oldukça makul kayıplarla karşılayabiliyoruz.”
Akustik dalgalar altmış yıldır bilginin işlenmesine hizmet etmiştir; ancak bunların ışık dalgalarıyla birlikte çip seviyesinde entegrasyonunun zor olduğu kanıtlandı. Moshe Katzman şöyle devam ediyor: "Son on yılda, mükemmel mikrodalga fotonik filtreler oluşturmak için ışık ve ultrason dalgalarının bir çip cihazında nasıl bir araya getirilebileceğine dair dönüm noktası niteliğindeki gösterilere tanık olduk. Ancak kullanılan platformlar daha uzmanlaşmıştı. Çözümün çekiciliğinin bir kısmı basitliğinden kaynaklanmaktadır. Cihazların imalatı silikon dalga kılavuzlarının rutin protokollerine dayanmaktadır. Burada süslü bir şey yapmıyoruz." Gerçekleştirilen filtreler oldukça dar bantlıdır: Filtrelerin geçiş bantlarının spektral genişliği yalnızca 5 MHz'dir.
Dar bant filtreleri gerçekleştirmek için bilgi taşıyan yüzey akustik dalgaları, çıkış ışık dalgası üzerine birçok kez basılır. Doktora öğrencisi Maayan Priel konuyu şöyle açıklıyor: "Akustik sinyal, yerleşim seçimine bağlı olarak ışık yolunu 12 defaya kadar geçiyor. Bu tür olayların her biri, ilgilendiğimiz sinyalin bir kopyasını optik dalgaya basar. Yavaş akustik hız nedeniyle bu olaylar uzun gecikmelerle ayrılır. Filtrelerin çalışmasını sağlayan şey bunların genel toplamıdır." Ekip, araştırmalarının bir parçası olarak, keyfi filtre yanıtlarının gerçekleştirilmesine yönelik olarak her kopya üzerinde tam kontrol sağladığını bildirdi. Maayan Priel şu sonuca varıyor: "Filtrelerin tepkisini tasarlama özgürlüğü, entegre, mikrodalga-fotonik platform.”