Pesquisadores do Laboratório de Sistemas Fotônicos da EPFL descobriram uma maneira de reconfigurar filtros fotônicos de micro-ondas sem a necessidade de um dispositivo externo. Isso abre o caminho para mais compactos, filtros ecológicos que serão mais práticos e baratos de usar. As aplicações potenciais incluem sistemas de detecção e comunicação. As descobertas dos pesquisadores foram publicadas recentemente em Nature Communications .

Os fótons parecem prontos para substituir os elétrons em inúmeras tarefas, uma vez que se movem mais rápido e consomem menos energia. Essas minúsculas partículas de luz também têm o benefício adicional de serem surpreendentemente flexíveis - sua faixa de frequência é 1, 000 a 10, 000 vezes maior que o dos elétrons. Portanto, usar luz em vez de eletricidade para manipular as microondas oferece uma largura de banda muito mais ampla para trabalhar. A fotônica é particularmente útil em sistemas de comunicação, a Internet das Coisas e formação de feixes, que é um método de processamento de sinal usado em sistemas de antena. Mas por enquanto, sistemas fotônicos de micro-ondas ainda não podem gerar pulsos de luz em chips de computador - um desenvolvimento que tornaria os chips mais ecologicamente corretos, mais barato e prático de usar. Pesquisadores do Laboratório de Sistemas Fotônicos da EPFL acabam de fazer um grande avanço nessa área:eles desenvolveram filtros de radiofrequência reconfiguráveis ​​que podem produzir microondas de alta qualidade sem a necessidade de um dispositivo externo volumoso. Ao criar interferência entre dois pulsos dentro de uma microcombina, eles conseguiram controlar com precisão os pulsos para reconfigurar a radiofrequência de saída. As descobertas dos pesquisadores foram publicadas recentemente em Nature Communications .

Integrando uma fonte de luz em um chip

Um filtro fotônico de microondas converte uma radiofrequência de entrada em um sinal óptico que pode então ser processado por um dispositivo fotônico para extrair informações. Um fotorreceptor então converte o sinal de volta em uma radiofrequência. Em abril, pesquisadores em outro laboratório da EPFL, o K-Lab, conseguiu gerar diferentes tipos de microcombas em um chip de nitreto de silício, para produzir sinais de pulso de soliton de alta qualidade. Tudo o que faltou foi demonstrar que os sinais de pulso poderiam ser usados ​​para reconfigurar as microondas e que o sistema era tão flexível, linear, espectralmente puro e sem ruído como o anterior, dispositivos mais volumosos - exatamente o que os pesquisadores do Laboratório de Sistemas Fotônicos otimizaram o chip para fazer.

A tecnologia usada nesses chips, que são menores do que uma moeda, baseia-se em como a luz interage com o ambiente circundante. O comprimento de onda do sinal pode ser modificado variando a fonte de luz ou mudando a forma ou o material do canal óptico por onde ele passa. "Usar uma fonte de luz que pode combinar vários comprimentos de onda significa que podemos manter a estrutura do filtro bastante simples, "explica Camille Brès, que dirige o Laboratório de Sistemas Fotônicos. "Se pudermos reconfigurar a frequência alterando o pulso de luz, não precisamos mudar o suporte físico. ”A principal conquista dos pesquisadores foi que eles foram capazes de substituir os geradores de luz do tamanho de um laptop por ressonadores ópticos miniaturizados no chip que usam pulsos de laser para gerar solitons perfeitos.

Alterando a frequência de saída

Para que esses filtros sejam usados ​​em várias aplicações, eles também precisam ser capazes de alterar a radiofrequência de saída. "Os filtros atuais exigem formas de pulso programáveis ​​para definir a frequência de saída e melhorar a qualidade da onda, o que torna os sistemas complexos e difíceis de comercializar, "diz Jianqi Hu, um Ph.D. estudante do Laboratório de Sistemas Fotônicos e principal autor do estudo. Para superar esse obstáculo, os pesquisadores geraram interferência no chip entre dois solitons - modificando o ângulo entre eles, eles foram capazes de reconfigurar a frequência do filtro. Essa inovação significa que esses sistemas podem ser totalmente portáteis e usados ​​com ondas 5G e terahertz.