Группа ученых под руководством к.ф.-м.н, профессора Владимира Драчева (Центр проектирования, производственных технологий и материалов) разработала технологию и создала устройство, которое позволяет модулировать оптическое излучение с длиной волны 1.5 мкм электрическим сигналом с частотой до 10 ГГц. Исследования проводились в рамках комплексного проекта «Разработка технологий и компонентов интегральной сверхвысокочастотной радиофотоники», на начальном этапе поддержанного Министерством науки и высшего образования. Он направлен, в том числе, на решение проблем создания в РФ технологий радиофотоники в полупроводниковом интегральном исполнении.

Электрооптические модуляторы и другие компоненты высокоскоростных систем оптической передачи данных являются ключевыми элементами в современной телекоммуникации. Созданное в Сколтехе устройство открывает новые перспективы для разработки компонентов 6G-систем, в частности, конвертеров сигналов из терагерцового в оптический диапазон. Исследования в области шестого поколения ведутся в рамках деятельности Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха по технологиям беспроводной связи и интернета вещей (ЦК НТИ БСИВ). В своих разработках Институт опирается на передовую научную и лабораторную базу и производственные связи с лидирующими российскими компаниями.

Развитие 6G будет во многом определяться технологическими прорывами в областях генерации, модуляции и детектирования терагерцового и субтерагерцового излучения. Эти процессы должны быть реализованы в миниатюрных приборах, изготовленных, например, с помощью стандартных планарных технологий микро- и наноэлектроники. Для обеспечения этих прорывов будет необходимо создать технологические комплексы крупносерийного производства этих устройств и обеспечить их сопряжение с остальной аппаратной платформой: с базовыми станциями 6G и с мобильными терминалами, включающими в себя трансиверы терагерцового и субтерагерцового диапазона.

По словам ведущего научного сотрудника, к.ф.-м.н Сергея Косолобова, ноу-хау данной технологии является интеллектуальной собственностью Института, целиком базируется на реализации преимуществ аппаратного комплекса Сколтеха и заключается в детальном понимании физических эффектов на этапе моделирования в сочетании с высокоточным изготовлением наноразмерных элементов модулятора. Прорывной характер разработки состоит в практической реализации экспериментального образца сверхвысокочастотного электрооптического плазмонного модулятора, размеры которого не превышают несколько десятков микрон. Полученное устройство, изготовленное по стандартной полупроводниковой планарной технологии, будет использовано в качестве элемента радиофотонного трансивера 6G терагерцового диапазона.

Руководитель ЦК НТИ БСИВ Дмитрий Лаконцев: «Будущее сотовой связи заключается в полной интеграции транспортного оптоволоконного сегмента с компактными радиомодулями. И проблема предельной миниатюризации и радикального удешевления оптоэлектронных и радиофотонных приборов и компонентов за счет переноса их производства в планарные технологии является ключевой для всего направления перспективных разработок 6G. Можно без преувеличения сказать, что подобные исследования абсолютно критичны для дальнейшей и полной локализации производства инфраструктурного и терминального оборудования 6G в России».

Принципиальные отличия и достоинства устройства:

• использование при его изготовлении стандартных технологических процессов кремниевой микроэлектроники
• полная совместимость с процессами изготовления структур металл-оксид-полупроводник (МОП) на основе кремния-на-изоляторе (КНИ) – диоксид кремния (SiO2) – оксид-индия-олова (ITO);
• комплементарность с другими устройствами планарной радиофотоники и интегральной фотоники за счет использования стандартных длин волн оптического спектра и интерфейсов ввода-вывода;
• высокая безынерционность за счет использования оптической модуляции плазмонного «затвора» нанометровых размеров;
• широкий динамический диапазон и полоса пропускания;
• принципиальная возможность существенного расширения частотного и динамического диапазонов в перспективный спектр «высоких» (десятков и сотен) гигагерцев и субтерагерцев, критичный для дальнейшего развития технологий 5G и 6G.

Дальнейшие перспективы этого проекта Сколтеха лежат в расширении частотного диапазона до сотен гигагерц, а также в увеличении номенклатуры изготавливаемых элементов за счет включения генераторов и детекторов терагерцового и субтерагерцового излучения в планарном исполнении. Кроме того, следует рассмотреть возможности расширения спектра применения данного класса устройств в производстве планарных радиофотонных и оптоэлектронных трансиверов для оптоволоконного сегмента сетей шестого поколения.

В Сколтехе разработали сверхвысокочастотный интегральный электрооптический модулятор для 6G

Изображение: Сколтех