ENGINEERINGNET.BE - Elke keer dat je belt, filteren radiofrequentiefilters het signaal uit een overvol radiospectrum.
Deze componenten laten alleen de gewenste frequenties door en blokkeren de rest. Hoe scherper het filter, hoe helderder het gesprek. Hetzelfde principe geldt voor radar, satellietnavigatie en toekomstige draadloze netwerken zoals 6G.
Onderzoekers dromen er al decennia van om zulke filters met licht te bouwen. Daarmee kun je de precisie van lasers combineren met de flexibiliteit om overal in het radiospectrum te werken, op een chip ter grootte van een vingernagel.
Siliciumnitride, dat al op grote schaal wordt gemaakt voor optische toepassingen, leek daarvoor de perfecte basis, maar om de scherpste signalen te maken, moesten licht en geluid sterk met elkaar wisselwerken in het chipmateriaal.
In siliciumnitride is die interactie altijd zwak geweest. Eerdere pogingen om dat te verbeteren vereisten exotische, instabiele materialen of fragiele structuren die buiten het lab niet overeind blijven.
De McMaster University in Canada en de Nederlandse Universiteit Twente vonden de oplossing in telluriumoxide, een materiaal dat al wordt gebruikt in commerciële modulatoren. Ze brachten een dunne laag aan op een standaard siliciumnitridechip.
Die laag wekt een speciaal type geluidsgolf op dat lijkt op een kleine aardbeving en langs het oppervlak van de chip beweegt. Daardoor koppelt het geluid veel sterker aan het laserlicht in de chip dan eerder mogelijk was in siliciumnitride. Dit versterkt de interactie ruim 200 keer.
Die sterkere interactie maakt drie dingen mogelijk. De eerste is een Brillouin-geluidsversterker die echt werkt. De tweede is een uitzonderlijk zuiver radiosignaal.
Met een resonator van nog geen halve millimeter genereert de chip een radiotoon die zo stabiel, flexibel en precies is dat hij kan concurreren met systemen die vroeger apparatuur ter grootte van een stuurwiel nodig hadden.
De derde is een filter dat zo scherp is dat het één radiokanaal kan isoleren uit een spectrum met duizenden kanalen en dat filter over een bereik van negen gigahertz kan verschuiven.
Voor zover de onderzoekers weten, heeft geen enkel geïntegreerd chipfilter ooit zo’n resolutie bereikt. Precies wat toekomstige basisstations en radarsystemen nodig hebben.
Het is mogelijk de telluriumoxide-laag alleen aan te brengen waar dat nodig is, waardoor het goed is te combineren met andere technologieën die al op siliciumnitridechips bestaan, zoals versterkers, lasers en sensoren.
"Dit platform verbindt een heel ecosysteem van fotonische technologieën", zegt prof. David Marpaung van UTwente. "De toepassingen waar we nog niet aan gedacht hebben, zijn waarschijnlijk de interessantste."
