Thought Leadership
Ein Forscherteam des belgischen Forschungsinstituts imec in Kooperation mit der Universität Gent hat einen bedeutenden Schritt zur Optimierung drahtloser Hochgeschwindigkeitskommunikation gemacht.
Mit einem neu entwickelten Silizium-Chip präsentieren die Wissenschaftler eine kompakte, programmierbare Lösung, die optische und Mikrowellentechnologien in einem einzigen System vereint.
Komplexe Signalverarbeitung auf kleinstem Raum
Im Zentrum der Innovation steht ein vollständig integriertes Mikrowellenphotonik-System auf einem Chip. Dieser kombiniert verschiedene zentrale Komponenten wie Hochgeschwindigkeitsmodulatoren, optische Filter, Photodetektoren und aufgedruckte Laser. Durch diese dichte Integration können bisher notwendige, voluminöse Hardwarekomponenten ersetzt werden – zugunsten eines energieeffizienten und platzsparenden Designs.
Die steigende Nachfrage nach hohen Datenraten und der Trend zu immer höheren Frequenzbereichen stellen Kommunikationssysteme vor neue Herausforderungen. Insbesondere die Kombination von Glasfaser- und Hochfrequenzübertragungen verlangt nach neuen Lösungen, um Signalverarbeitung effizient, verlustarm und energiesparend zu gestalten.
Potenzial der Mikrowellenphotonik
Die sogenannte Mikrowellenphotonik – eine Technologie, die optische Verfahren zur Verarbeitung hochfrequenter Signale nutzt – bietet hier interessante Ansätze. Sie verspricht geringere Verluste, höhere Bandbreiten und bessere Energieeffizienz. Bislang basierten solche Systeme jedoch meist auf externen faserbasierten Komponenten, was ihre Skalierbarkeit erheblich einschränkte.
Der entscheidende Fortschritt der belgischen Forschung liegt in der erfolgreichen Verschmelzung aller Schlüsselfunktionen auf einem einzigen Silizium-Chip. Möglich wurde dies durch die Kombination eines rekonfigurierbaren Modulators mit einem programmierbaren optischen Filter. Diese Struktur erlaubt es, Mikrowellensignale nicht nur effizient zu modulieren und zu filtern, sondern auch Signalverluste signifikant zu minimieren.
Einsatzbereiche und Ausblick
Die neue Technologie eröffnet Perspektiven für zahlreiche Anwendungen – von zukünftigen Mobilfunkgenerationen wie 5G und 6G, über die Satellitenkommunikation bis hin zu modernen Radarsystemen. Insbesondere für Szenarien, in denen sowohl hohe Frequenzen als auch geringe Energieverluste gefordert sind, bietet der Chip eine vielversprechende Lösung.
Mit der Entwicklung dieses hochintegrierten Photonik-Chips setzen imec und die beteiligten Forschungsgruppen der Universität Gent neue Maßstäbe für die drahtlose Kommunikation der Zukunft. Der kompakte und flexible Ansatz ebnet den Weg für skalierbare, energieeffiziente Systeme – ein technologischer Meilenstein in der Verbindung von Optik und Hochfrequenztechnik.
