Кремниевая фотоника поможет поднять точность радиочастотных платформ на невообразимую высоту
В будущем сердцем каждого смартфона станет маленький светодиодный фонарик. Звучит нелепо, но именно так образно можно представить результат изысканий в области перевода опорных генераторов радиочастотных колебаний в сферу кремниевой фотоники. Речь идёт о новой программе Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA), в рамках которой будут разработаны фотонные РЧ-генераторы с низким уровнем шума.
Агентство объявило о запуске программы GRYPHON (Generating RF with Photonic Oscillators for Low Noise) или, по-русски, радиочастотная генерация на фотонных генераторах для снижения шумов. Прежде всего, речь идёт о снижении фазовых шумов, появление которых обусловлено несовершенством радиочастотных компонентов и зависимости их характеристик от состояния окружающей среды.
Как ни стараются разработчики, выходной радиочастотный сигнал опорных генераторов далёк от идеальной синусоиды. Те или иные искажения — дрожания фазы и другие, будут оставаться в выходном сигнале и влиять на точность настройки, ширину рабочего диапазона и вносить искажения, например, в точность радарных систем. Перевод опорной генерации на интегрированные фотонные системы позволит снизить зависимость от внешних условий и, в первую очередь, от влияния постороннего радиоизлучения.
Первым техническим направлением программы GRYPHON станет разработка малошумящих, компактных и устойчивых к изменению частоты прототипов, способных обеспечить выходной сигнал в диапазоне 1–40 ГГц. Главный ориентир — это быстрое внедрение как военными, так и коммерческими организациями. Успех программы также будет зависеть от доказательства устойчивости к воздействию окружающей среды и демонстрации дорожной карты для крупносерийного и недорогого отечественного производства. В программе будут Honeywell, Nexus Photonics, BAE Systems, Caltech и hQphotonics.
Вторым направлением программы GRYPHON станет поиск передовых методов, обеспечивающих ещё более низкий фазовый шум или сверхширокую перестраиваемость для создания будущих архитектур РЧ-генераторов. Этим, в частности, будут заниматься команды из Колумбийского университета и Университета Вирджинии, которые расширят границы в области материалов и системной интеграции.
«Нелинейная интегральная фотоника открывает путь к достижению невероятной производительности генераторов при уменьшении размеров системы на порядки, — заявил д-р Гордон Килер (Gordon Keeler), руководитель программы в отделе микросистемных технологий DARPA. — Помимо преимуществ в стоимости и размерах, интегрированные оптические подходы могут обеспечить настройку в нескольких частотных диапазонах и устойчивость к воздействию окружающей среды. Если наши команды добьются успеха, это может оказать очень широкое воздействие».