Mikrowellenphotonik Single-Chip-System ist skalierbar und energieeffizient

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Ein voll integriertes Single-Chip-Mikrowellen-Photoniksystem für drahtlose Kommunikationsnetzwerke haben Forscher entwickelt. Die Entwicklung verspricht weniger Platz bei einer höheren Energieeffizienz.

Forschergruppen der belgischen Universität Gent und Imec, einem internationalen Forschungsexperten für Nanoelektronik und digitale Technologien, haben eine integrierte Single-Chip-Lösung für die Mikrowellenphotonik entwickelt, die sowohl optische als auch elektronische Signale auf kleinstem Raum kombiniert. Der photonikbasierte Chip kombiniert sämtliche für die Mikrowellensignalverarbeitung nötigen Funktionen. Dazu gehören Hochgeschwindigkeits-Modulatoren, optische Filter, Photodetektoren sowie transfergedruckte Laser. Sie befinden sich auf einer einzigen kompakten Siliziumplattform. Dieses integrierte und programmierbare System ersetzt herkömmliche Lösungen, die häufig groß und ineffizient sind. Damit eignet sich der Chip für den Einsatz in modernen drahtlosen Kommunikationsnetzwerken sowie bei Mikrowellenanwendungen für 5G/6G, Satellitenkommunikation und Radartechnik.

Kommunikation und Sensorik dank Mikrowellenphotonik

Vor dem Hintergrund einer ständig steigenden Nachfrage nach hohen Datenraten und effizienten Hochfrequenzlösungen stoßen traditionelle elektronische Ansätze zunehmend an ihre Grenzen. Mikrowellenphotonik gilt daher als vielversprechender Ansatz, da sie optische Verfahren nutzt, um Signale mit höherer Bandbreite, reduziertem Verlust und geringerem Energieverbrauch zu übertragen.

Allerdings setzen heutige mikrowellenphotonische Systeme oft auf sperrige, glasfaserbasierende Hardware. Bisherige integrierte Ansätze fehlten zudem wichtige Funktionen oder erforderten externe Komponenten, was die Komplexität erhöhte. Die nun vorgestellte Komplettintegration aller erforderlichen Bauelemente auf einem einzigen Siliziumchip löst die Einschränkungen und ermöglicht erstmals eine skalierbare Serienproduktion und kompakte Realisierungen vollständig integrierter Systeme.

Zielgerichtete Integration dank Silizium-Plattformen

Basis des neuen Mikrowellen-Photonik-Chips ist die Silizium-Photonik-Plattform „iSiPP50G“ von Imec mit verlustarmen Wellenleitern, passiven Komponenten, schnellen Modulatoren sowie thermo-optischen Phasenschiebern. Ein zentrales Merkmal ist die Integration eines transfergedruckten optischen Verstärkers aus Indiumphosphid (entwickelt von III-V Lab), der zusammen mit abstimmbaren Filtern als variabler Laserbetrieb fungiert. Das erhöht Flexibilität und Anpassungsfähigkeit erheblich und ermöglicht neue Einsatzfelder.

„Die vollständige Integration auf einem einzelnen Chip ist ein wichtiger Fortschritt für die Zukunft der drahtlosen Hochfrequenztechnologie“, betont Wim Bogaerts, Professor an der Universität Gent und Imec. „Unsere Technologie reduziert nicht nur den Platz- und Energiebedarf, sondern eröffnet zudem zahlreiche Potenziale für kompakte, skalierbare und kostengünstige Mikrowellenlösungen.“

Skalierbarkeit und Energieeffizient

Die Vorteile einer derart integrierten Mikrowellen-Photonik-Engine liegen insbesondere in ihrer Skalierbarkeit und Energieeffizienz. Unternehmen, die im Bereich drahtloser Kommunikation sowie in der Sensorik tätig sind, profitieren unmittelbar von günstigeren Produktionskosten, höherer Systemleistung und gesteigerter Flexibilität. Das Produkt ist daher nicht allein für Forschung und Entwicklung interessant, sondern auch industriell von höchstem praktischem Wert. (heh)

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