I ricercatori del Photonics Systems Lab dell'EPFL hanno escogitato un modo per riconfigurare i filtri fotonici a microonde senza la necessità di un dispositivo esterno. Questo apre la strada a una maggiore compattezza, filtri ecologici che saranno più pratici ed economici da usare. Le potenziali applicazioni includono sistemi di rilevamento e comunicazione. I risultati dei ricercatori sono stati recentemente pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

I fotoni sembrano destinati a sostituire gli elettroni in innumerevoli compiti, poiché si muovono più velocemente e consumano meno energia. Queste minuscole particelle di luce hanno anche l'ulteriore vantaggio di essere sorprendentemente flessibili:la loro gamma di frequenza è 1, 000 a 10, 000 volte più grande di quello degli elettroni. Quindi, l'uso della luce anziché dell'elettricità per manipolare le microonde ti offre una larghezza di banda molto più ampia con cui lavorare. La fotonica è particolarmente utile nei sistemi di comunicazione, l'Internet delle cose e il beamforming, che è un metodo di elaborazione del segnale utilizzato nei sistemi di antenna. Ma per il momento, i sistemi fotonici a microonde non sono ancora in grado di generare impulsi di luce sui chip dei computer, uno sviluppo che renderebbe i chip più rispettosi dell'ambiente, più economico e pratico da usare. I ricercatori del Photonics Systems Lab dell'EPFL hanno appena compiuto un importante passo avanti in questo settore:hanno sviluppato filtri a radiofrequenza riconfigurabili in grado di produrre microonde di alta qualità senza la necessità di un dispositivo esterno ingombrante. Creando interferenza tra due impulsi all'interno di un micropettine, sono stati in grado di controllare accuratamente gli impulsi per riconfigurare la radiofrequenza in uscita. I risultati dei ricercatori sono stati recentemente pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

Integrazione di una sorgente luminosa in un chip

Un filtro fotonico a microonde converte una radiofrequenza in ingresso in un segnale ottico che può quindi essere elaborato da un dispositivo fotonico per estrarre informazioni. Un fotorecettore che riconverte il segnale in una radiofrequenza. Ad aprile, ricercatori in un altro laboratorio EPFL, il K-Lab, riuscito a generare diversi tipi di microcomb su un chip di nitruro di silicio, al fine di produrre segnali di impulso solitoni di alta qualità. Non restava che dimostrare che i segnali a impulsi potevano essere utilizzati per riconfigurare le microonde e che il sistema era altrettanto flessibile, lineare, spettralmente puro e silenzioso come il precedente, dispositivi più ingombranti, esattamente ciò che i ricercatori del Photonics Systems Lab hanno ottimizzato per fare il chip.

La tecnologia utilizzata in questi chip, che sono più piccoli di una moneta, si basa su come la luce interagisce con l'ambiente circostante. La lunghezza d'onda del segnale può essere modificata variando la sorgente luminosa o cambiando la forma o il materiale del canale ottico che attraversa. "Utilizzare una sorgente luminosa in grado di combinare diverse lunghezze d'onda significa che possiamo mantenere la struttura del filtro abbastanza semplice, " spiega Camille Brès, che gestisce il Photonics Systems Lab. "Se possiamo riconfigurare la frequenza alterando l'impulso luminoso, non abbiamo bisogno di cambiare il supporto fisico".

Alterare la frequenza in uscita

Affinché questi filtri possano essere utilizzati in varie applicazioni, devono anche essere in grado di alterare la radiofrequenza in uscita. "I filtri attuali richiedono forme di impulso programmabili per impostare la frequenza in uscita e migliorare la qualità dell'onda, che rende i sistemi complessi e difficili da commercializzare, "dice Jianqi Hu, un dottorato di ricerca studente del Photonics Systems Lab e autore principale dello studio. Per superare questo ostacolo, i ricercatori hanno generato un'interferenza su chip tra due solitoni, modificando l'angolo tra di loro, sono stati in grado di riconfigurare la frequenza del filtro. Questa svolta significa che questi sistemi possono essere resi completamente portatili e utilizzati con onde 5G e terahertz.