La croissance continue du trafic de données sans fil et cellulaire repose fortement sur les ondes lumineuses. La photonique hyperfréquence est le domaine technologique dédié à la distribution et au traitement de signaux d'information électriques par des moyens optiques. Par rapport aux solutions traditionnelles basées sur l'électronique seule, Les systèmes photoniques micro-ondes peuvent gérer des quantités massives de données. Par conséquent, la photonique micro-ondes est devenue de plus en plus importante dans le cadre des réseaux cellulaires 5G et au-delà. Une tâche principale de la photonique hyperfréquence est la réalisation de filtres à bande étroite :La sélection de données spécifiques, à des fréquences spécifiques, d'immenses volumes portés par la lumière.

De nombreux systèmes photoniques micro-ondes sont construits à partir de composants séparés et de longs chemins de fibre optique. Cependant, le coût, Taille, Les exigences de consommation d'énergie et de volume de production des réseaux avancés nécessitent une nouvelle génération de systèmes photoniques micro-ondes qui sont réalisés sur une puce. Filtres photoniques micro-ondes intégrés, notamment en silicium, sont très recherchés. Il y a, cependant, un défi fondamental :les filtres à bande étroite nécessitent que les signaux soient retardés pendant des durées relativement longues dans le cadre de leur traitement.

"Puisque la vitesse de la lumière est si rapide, " déclare le professeur Avi Zadok de l'université de Bar-Ilan, Israël, "nous manquons d'espace sur la puce avant que les délais nécessaires ne soient pris en compte. Les délais requis peuvent atteindre plus de 100 nanosecondes. De tels délais peuvent sembler courts compte tenu de l'expérience quotidienne ; cependant, les chemins optiques qui les supportent font plus de dix mètres de long. Nous ne pouvons pas adapter de si longs chemins dans le cadre d'une puce de silicium. Même si nous pouvions en quelque sorte replier autant de mètres dans une certaine disposition, l'étendue des pertes de puissance optique qui l'accompagnerait serait prohibitive. »

Ces longs délais nécessitent un type d'onde différent, celui qui voyage beaucoup plus lentement. Dans une étude récemment publiée dans la revue Optique , Zadok et son équipe de la Faculté d'ingénierie et de l'Institut de nanotechnologie et des matériaux avancés de l'Université Bar-Ilan, et des collaborateurs de l'Université hébraïque de Jérusalem et de Tower Semiconductors, proposer une solution. Ils ont réuni des ondes lumineuses et ultrasonores pour réaliser des filtres ultra-étroits de signaux micro-ondes, dans les circuits intégrés au silicium. Le concept permet une grande liberté pour la conception des filtres.

Moshe Katzman, doctorant à l'université Bar-Ilan, explique :« Nous avons appris à convertir les informations d'intérêt sous forme d'ondes lumineuses en ultrasons, ondes acoustiques de surface, puis retour à l'optique. Les ondes acoustiques de surface se propagent à une vitesse de 100, 000 plus lent. Nous pouvons gérer les retards dont nous avons besoin dans le cadre de notre puce de silicium, à moins d'un millimètre, et avec des pertes très raisonnables."

Les ondes acoustiques ont servi au traitement de l'information pendant soixante ans; cependant, leur intégration au niveau de la puce aux côtés des ondes lumineuses s'est avérée délicate. Moshe Katzman continue, « Au cours de la dernière décennie, nous avons assisté à des démonstrations marquantes de la manière dont les ondes lumineuses et ultrasonores peuvent être réunies sur un dispositif à puce, pour constituer d'excellents filtres photoniques micro-ondes. Cependant, les plateformes utilisées étaient plus spécialisées. Une partie de l'attrait de la solution réside dans sa simplicité. La fabrication de dispositifs est basée sur des protocoles de routine de guides d'ondes en silicium. Nous ne faisons rien d'extraordinaire ici. » Les filtres réalisés sont à bande très étroite :La largeur spectrale des bandes passantes des filtres n'est que de 5 MHz.

Afin de réaliser des filtres à bande étroite, les ondes acoustiques de surface porteuses d'informations sont imprimées plusieurs fois sur l'onde lumineuse de sortie. Le doctorant Maayan Priel élabore, "Le signal acoustique traverse le chemin lumineux jusqu'à 12 fois, selon le choix de l'aménagement. Chacun de ces événements imprime une réplique de notre signal d'intérêt sur l'onde optique. En raison de la faible vitesse acoustique, ces événements sont séparés par de longs délais. C'est leur somme globale qui fait fonctionner les filtres. » Dans le cadre de leurs recherches, l'équipe rapporte un contrôle complet sur chaque réplique, vers la réalisation de réponses de filtre arbitraires. Maayan Priel conclut, « La liberté de concevoir la réponse des filtres permet de tirer le meilleur parti de l'intégration, plate-forme photonique micro-ondes."