Sự phát triển liên tục của lưu lượng dữ liệu di động và không dây chủ yếu dựa vào sóng ánh sáng. Quang tử vi sóng trong lĩnh vực công nghệ được dành riêng cho việc phân phối và xử lý tín hiệu thông tin điện bằng phương tiện quang học. So với các giải pháp truyền thống chỉ dựa trên thiết bị điện tử, hệ thống quang tử vi sóng có thể xử lý lượng dữ liệu khổng lồ. Do đó, quang tử vi sóng ngày càng trở nên quan trọng như một phần của mạng di động 5G và hơn thế nữa. Nhiệm vụ chính của quang tử vi sóng là thực hiện các bộ lọc băng hẹp: Lựa chọn dữ liệu cụ thể, ở các tần số cụ thể, trong khối lượng khổng lồ được truyền qua ánh sáng.
Nhiều hệ thống quang tử vi sóng được xây dựng từ các thành phần rời rạc, riêng biệt và đường dẫn sợi quang dài. Tuy nhiên, các yêu cầu về chi phí, kích thước, tiêu thụ điện năng và khối lượng sản xuất của các mạng tiên tiến đòi hỏi một thế hệ hệ thống quang tử vi sóng mới được hiện thực hóa trên một con chip. Các bộ lọc quang tử vi sóng tích hợp, đặc biệt là bằng silicon, rất được săn đón. Tuy nhiên, có một thách thức cơ bản: Các bộ lọc băng hẹp yêu cầu tín hiệu bị trễ trong khoảng thời gian tương đối dài như một phần của quá trình xử lý của chúng.
Giáo sư Avi Zadok từ Đại học Bar-Ilan, Israel cho biết: “Vì tốc độ ánh sáng quá nhanh, chúng tôi đã hết dung lượng chip trước khi có thể đáp ứng được những độ trễ cần thiết. Độ trễ cần thiết có thể lên tới hơn 100 nano giây. Sự chậm trễ như vậy có thể là ngắn nếu xét đến kinh nghiệm hàng ngày; tuy nhiên, các đường dẫn quang học hỗ trợ chúng dài hơn mười mét. Chúng ta không thể lắp các đường dẫn dài như vậy như một phần của chip silicon. Ngay cả khi bằng cách nào đó chúng ta có thể gấp lại nhiều mét đó theo một bố cục nhất định, mức độ tổn thất công suất quang đi kèm với nó sẽ là rất nghiêm trọng. "
Những sự chậm trễ kéo dài này đòi hỏi một loại sóng khác, một loại sóng di chuyển chậm hơn nhiều. Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí quang học, Zadok và nhóm của ông từ Khoa Kỹ thuật và Viện Công nghệ Nano và Vật liệu Tiên tiến tại Đại học Bar-Ilan, và các cộng tác viên từ Đại học Hebrew Jerusalem và Tower Semiconductors, đề xuất một giải pháp. Họ kết hợp ánh sáng và sóng siêu âm để nhận ra các bộ lọc siêu hẹp của tín hiệu vi sóng, trong các mạch tích hợp silicon. Khái niệm cho phép tự do lớn cho thiết kế bộ lọc.
Nghiên cứu sinh tiến sĩ Moshe Katzman của Đại học Bar-Ilan giải thích, “Chúng tôi đã học cách chuyển đổi thông tin quan tâm từ dạng sóng ánh sáng sang sóng siêu âm, sóng âm bề mặt, và sau đó quay trở lại quang học. Sóng âm trên bề mặt truyền đi với tốc độ chậm hơn 100,000. Chúng tôi có thể giải quyết sự chậm trễ mà chúng tôi cần như một phần của chip silicon của chúng tôi, trong vòng chưa đầy một milimet và với những tổn thất rất hợp lý ”.
Sóng âm đã phục vụ cho việc xử lý thông tin trong sáu mươi năm; tuy nhiên, việc tích hợp cấp độ chip của chúng cùng với sóng ánh sáng đã được chứng minh là phức tạp. Moshe Katzman tiếp tục, “Trong thập kỷ qua, chúng tôi đã chứng kiến những minh chứng mang tính bước ngoặt về cách sóng ánh sáng và sóng siêu âm có thể kết hợp lại với nhau trên một thiết bị chip, để tạo nên các bộ lọc quang tử vi sóng tuyệt vời. Tuy nhiên, các nền tảng được sử dụng chuyên biệt hơn. Một phần của sự hấp dẫn của giải pháp là ở sự đơn giản của nó. Việc chế tạo các thiết bị dựa trên các giao thức thông thường của ống dẫn sóng silicon. Chúng tôi không làm bất cứ điều gì hoa mỹ ở đây ”. Các bộ lọc nhận ra có dải tần rất hẹp: Độ rộng phổ của các dải băng thông của các bộ lọc chỉ là 5 MHz.
Để nhận ra các bộ lọc băng hẹp, các sóng âm bề mặt mang thông tin được in chìm trên sóng ánh sáng đầu ra nhiều lần. Nghiên cứu sinh tiến sĩ Maayan Priel giải thích thêm, “Tín hiệu âm thanh đi qua đường ánh sáng lên đến 12 lần, tùy thuộc vào sự lựa chọn của bố cục. Mỗi sự kiện như vậy ghi lại một bản sao của tín hiệu quan tâm của chúng ta trên sóng quang học. Do tốc độ âm thanh chậm, các sự kiện này được phân tách bởi độ trễ dài. Tổng kết chung của họ là những gì làm cho các bộ lọc hoạt động. ” Là một phần của nghiên cứu của họ, nhóm báo cáo kiểm soát hoàn toàn mỗi bản sao, hướng tới việc thực hiện các phản hồi bộ lọc tùy ý. Maayan Priel kết luận, “Quyền tự do thiết kế phản ứng của các bộ lọc đang tận dụng tối đa tính năng tích hợp, lò vi sóng-nền tảng âm thanh. ”