6G-Mobilfunk rückt dank neuem Chip näher

Ein internationales Forschungsteam der ETH Lausanne (EPFL) und der Harvard University hat einen neuartigen Prozessor entwickelt, der optische Signale und Terahertzwellen (THz) erstmals bidirektional umwandeln kann – und das auf einer einzigen, miniaturisierten Plattform.

Diese Innovation könnte neue Maßstäbe für Anwendungen in der Datenübertragung, Sensorik und zukünftiger Mobilfunktechnologien setzen.

Terahertzwellen gelten als vielversprechend für die drahtlose Kommunikation der Zukunft. Im Vergleich zu herkömmlichen Mikrowellen, wie sie in Wi-Fi oder Mobilfunk verwendet werden, ermöglichen THz-Wellen die Übertragung deutlich größerer Datenmengen. Auch in der Spektroskopie und Bildgebung kommen sie zunehmend zum Einsatz. Bisher fehlte jedoch ein praktisches System, das sowohl optische als auch elektrische Signale auf effektive Weise integrieren kann.

Miniaturisiertes Design mit großer Wirkung

Das Team um die EPFL-Forscherin Cristina Benea-Chelmus hat dieses Problem mit einem innovativen Chipdesign gelöst: In einem photonischen Chip aus Lithiumniobat wurden mikroskopisch kleine Übertragungsleitungen integriert, die wie winzige Funkkabel THz-Wellen weiterleiten. Direkt daneben verlaufen Strukturen für optische Lichtwellen. Die räumliche Nähe beider Komponenten ermöglicht eine effiziente Kopplung – mit minimalem Energieverlust.

Laut Benea-Chelmus könnten solche Chips künftig in verschiedensten Bereichen zum Einsatz kommen, etwa in der sechsten Mobilfunkgeneration (6G), in Radarsystemen autonomer Fahrzeuge oder bei hochauflösender Sensorik.

Die Kombination aus photonischer und THz-Schaltung auf nur einem Bauelement ist ein Novum. Der Chip erlaubt es, sowohl Licht- als auch Terahertz-Impulse präzise zu kontrollieren und miteinander zu koppeln. Laut dem beteiligten EPFL-Doktoranden Yazan Lampert bietet das Design eine bislang unerreichte Bandbreite und ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise, die sich problemlos in bestehende optische Systeme integrieren lässt.

Ein mögliches Einsatzfeld des Chips ist die Entfernungsmessung mit Terahertz-Pulsen. Dank der extrem kurzen Signale lassen sich Entfernungen mit einer Genauigkeit von bis zu einem Millimeter bestimmen – ideal etwa für Anwendungen in der Robotik, im Verkehr oder bei Industrieinspektionen.

Ein Schritt in Richtung 6G und darüber hinaus

Mit dieser Entwicklung schafft das Forscherteam eine wichtige Grundlage für zukünftige Hochfrequenztechnologien. Die kompakte und energieeffiziente Bauweise des Chips sowie seine Fähigkeit zur nahtlosen Integration in bestehende photonische Infrastrukturen machen ihn zu einem potenziellen Schlüsselbaustein der nächsten Technologiegeneration.

Veröffentlicht wurden die Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift Nature Communications (via Pressetext).