Photonique intégrée à très haut débit permettant des réseaux sans fil omni-scénarios Photo : capture d'écran tirée d'un article sur Nature
En utilisant des matériaux photoniques avancés au niobate de lithium en couches minces et une nouvelle architecture, des chercheurs chinois ont développé la première puce de communication sans fil adaptative, pleine bande et à haut débit, basée sur la technologie de fusion optoélectronique intégrée, a rapporté jeudi le Science and Technology Daily. Les résultats ont été publiés mercredi dans Nature.
Le matériel électronique traditionnel ne peut fonctionner que dans une seule bande de fréquences, car les appareils destinés à différentes bandes reposent sur des règles de conception, des schémas structurels et des systèmes de matériaux distincts, ce qui rend le fonctionnement entre bandes extrêmement difficile.
Pour combler la « bande interdite » entre les appareils fonctionnant dans différentes bandes de fréquences, le professeur Wang Xingjun et le chercheur Shu Haowen de l'Université de Pékin, en collaboration avec le professeur Wang Cheng de l'Université de la ville de Hong Kong, ont mené des recherches sur un « moteur émetteur-récepteur sans fil à fusion optoélectronique à très large bande ». Basés sur une plate-forme avancée de matériaux photoniques au niobate de lithium à couches minces, ils ont développé avec succès une puce intégrée capable de convertir des signaux optiques et sans fil à large bande, de coordonner les signaux de porteuses et d'oscillateurs locaux à faible bruit et de moduler la bande de base numérique.
En s’appuyant sur cette puce centrale, l’équipe a en outre proposé une architecture d’oscillateur optoélectronique (OEO) intégrée utilisant des résonateurs optiques à micro-anneaux hautes performances. En tirant parti de la sélection précise de fréquence et du mécanisme de verrouillage des micro-anneaux de haute précision, le système génère des signaux porteurs et d'oscillateur local à faible bruit à n'importe quel point de fréquence sur une plage ultra-large bande.
Comparé aux solutions électroniques traditionnelles basées sur des multiplicateurs de fréquence, ce système OEO sur puce permet pour la première fois une reconfiguration en temps réel, flexible et rapide des fréquences centrales de 0,5 GHz à 115 GHz, couvrant près de huit octaves de performances de réglage du signal à faible bruit. Il peut exploiter à la fois les bandes hautes fréquences qui offrent des ressources de données abondantes et des débits extrêmement élevés mais souffrent de capacités de transmission longue distance limitées, et les bandes basses fréquences, qui présentent une forte pénétration et une large couverture mais ont une capacité limitée. Cela représente une avancée majeure, a rapporté le Science and Technology Daily.
Selon le rapport, cette approche évite fondamentalement le problème de la grave dégradation du bruit de phase dans les bandes hautes fréquences causée par l'accumulation de bruit dans les chaînes multiplicateurs de fréquence traditionnelles. Il surmonte le défi de longue date consistant à équilibrer la bande passante, les performances en matière de bruit et la reconfigurabilité des systèmes précédents.
La validation expérimentale démontre que le système innovant basé sur une puce peut atteindre des taux de transmission sans fil ultra-rapides supérieurs à 120 Gbit/s, répondant ainsi aux exigences de débit de pointe pour la communication 6G. De plus, la liaison de communication sans fil de bout en bout maintient des performances constantes sur toute la bande de fréquences, sans aucune dégradation observée dans les bandes hautes fréquences. Cela élimine l’obstacle au développement efficace des ressources du spectre térahertz et des fréquences encore plus élevées pour la communication 6G.
Selon Wang Xingjun, cette puce posera les bases matérielles des « réseaux natifs de l'IA », a rapporté le Science and Technology Daily. Il peut ajuster dynamiquement les paramètres de communication grâce à des algorithmes intégrés pour s'adapter aux environnements électromagnétiques complexes. Il permet également aux futures stations de base et aux appareils embarqués de percevoir avec précision leur environnement tout en transmettant des données, conduisant ainsi à des mises à niveau de composants clés tels que les antennes à large bande et les modules d'intégration optoélectroniques. Cette innovation promet d’entraîner une transformation globale sur l’ensemble de la chaîne, depuis les matériaux et dispositifs jusqu’aux systèmes et réseaux complets.
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