Des chercheurs développent une puce photonique micro-ondes à traitement ultrarapide du signal

Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Wang Cheng du département de génie électrique de la City University de Hong Kong a développé avec succès une puce photonique micro-ondes (MWP) de pointe. Cette puce est capable d'utiliser le principe optique pour effectuer un traitement et un calcul ultra-rapides des signaux électroniques analogiques.
La puce est non seulement 1 000 fois plus rapide que les processeurs électroniques classiques, mais elle consomme également moins d'énergie. Sa large gamme d'applications couvre des domaines variés tels que les systèmes de communication sans fil 5/6G, les systèmes radar haute résolution, l'intelligence artificielle, la vision par ordinateur et le traitement d'images/vidéo.
L'équipe a collaboré avec l'Université chinoise de Hong Kong sur la recherche, qui a été publiée dans la revue Nature, intitulée Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine.
Avec l'expansion rapide des réseaux sans fil, de l'Internet des objets (IoT) et des services basés sur le cloud, la demande de systèmes RF sous-jacents a augmenté de façon exponentielle. La technologie photonique micro-onde (MWP) offre une solution efficace à ces défis grâce à ses avantages uniques de génération, de transmission et de traitement de signaux micro-ondes en utilisant des composants optiques. Cependant, les systèmes MWP intégrés sont confrontés à de nombreux défis tels que la réalisation simultanée d'un traitement du signal analogique ultra-rapide, l'intégration à l'échelle d'une puce, la haute fidélité et la faible consommation d'énergie.
Pour relever ces défis, l'équipe de recherche du professeur Wang Cheng a développé un nouveau système MWP. Le système intègre de manière innovante une conversion électro-optique (EO) ultra-rapide avec un traitement du signal multifonctionnel à faible perte sur une seule puce, une réalisation qui n'a jamais été réalisée dans les recherches précédentes.
Ces performances exceptionnelles sont rendues possibles par un moteur de traitement MWP intégré basé sur une plate-forme de niobate de lithium (LN) à couches minces. Ce moteur est capable d’effectuer un large éventail de tâches de traitement du signal analogique et de calcul. Selon le rapport, cette puce dispose non seulement d'une bande passante de traitement ultra-large de 67 GHz, mais possède également une excellente précision de calcul.
Au fil des années, l’équipe a travaillé sur la recherche de plateformes photoniques LN intégrées. Il convient de mentionner qu'en 2018, des collègues de l'Université Harvard et de Nokia Bell Labs ont développé le premier modulateur électro-optique intégré compatible CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) au monde sur une plate-forme de niobate de lithium (LN) à couche mince, qui a posé un solide fondement des avancées actuelles en matière de recherche. Le niobate de lithium en couche mince (LN) a été surnommé le « silicium de la photonique » en raison de son importance dans le domaine de la photonique, comparable au silicium en microélectronique.
Ce travail ouvre non seulement un tout nouveau domaine de recherche - la photonique micro-onde au niobate de lithium (LN) en couches minces, mais permet également de créer des puces photoniques micro-ondes de taille compacte, avec une fidélité de signal élevée et une faible latence, entre autres avantages. Plus important encore, cette avancée représente une nouvelle direction pour les moteurs de traitement et de calcul électroniques analogiques à l’échelle des puces.