Fotonische chip met recordbrekend dynamisch radiofrequentiebereik

Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een nieuwe microgolf fotonisch filter ontwikkeld met een ongekend dynamisch bereik. Zo’n filter selecteert specifieke radiofrequenties, maar dan met behulp van licht in plaats van elektriciteit. Het filter is programmeerbaar en volledig integreerbaar. Dit is een belangrijke doorbraak voor het gebruik van fotonische filters in bijvoorbeeld de volgende generatie communicatietechnologie (6G).

De onderzoekers publiceerden hun onderzoek in Nature Communications.

David Marpaung, een van de auteurs van de publicatie, zegt: “Ons werk doorbreekt de standaard en gefragmenteerde aanpak. Traditionele radiofilters hebben een klein bereik. Voor veel toepassingen heb je dan meerdere losse filters nodig om een groot bereik te krijgen. Ons apparaat heeft een enorm bereik, waardoor het mogelijk is om slechts één filter te gebruiken voor verschillende frequenties.” 

Vele toepassingen

Het onderzoek toont aan dat fotonische filters een belangrijke rol kunnen spelen in moderne radiotoepassingen, waaronder cognitieve radio, multi-band all-spectrum communicatie en breedband programmeerbare front-ends. Vóór deze ontdekking waren de prestaties van fotonische filters met zulke geavanceerde functies slecht. “De vorige fotonische chips hadden last van verschillende storingen zoals verlies, ruis en vervorming van het signaal”, legt Marpaung uit.

Om dit te voorkomen gebruikten de onderzoekers programmeerbare resonatoren en interferometers. De combinatie van die twee kan het effect van ruis en niet-lineaire vervorming verminderen en biedt tegelijkertijd een groot aantal filterfuncties. Marpaung zegt: “Het oplossen van het probleem van ruis in combinatie met het gigantische bereik is een van de moeilijkste uitdagingen in de microgolffotonica. We zetten een enorme stap om fotonica al in de volgende generatie communicatietechnologie (6G) en satellietcommunicatie te gebruiken.”

Recordlaag hoeveelheid ruis

Met een speciaal instrument – een zogenaamde modulatietransformator – pasten de onderzoekers de sterkte en timing van lichtgolven en radiofrequentiesignalen aan. Hierdoor verminderden ze de hoeveelheid ruis en werd het dynamisch bereik van de chip groter. De combinatie van al deze elementen resulteerde in programmeerbare filterfuncties met een record lage hoeveelheid ruis van 15 dB en een radiofrequentie notch filter met een ultrahoog dynamisch bereik van meer dan 123 dB in 1 Hz bandbreedte. Een vergelijkbaar bereik als het geluidsniveau tussen volledige stilte en een rockconcert.