Imecとゲント大学、完全統合型シングルチップマイクロ波フォトニクスシステムを発表

June, 16, 2025, Leuve--ゲント大学の2つのimec研究グループであるPhotonics Research GroupとIDlab、およびナノエレクトロニクスとデジタル技術の世界をリードする研究とイノベーションのハブであるimecは、1つのシリコンチップ上で光信号処理とマイクロ波信号処理を組み合わせた、完全に統合されたシングルチップマイクロ波フォトニクスシステムのデモンストレーションを発表した。
このチップは、高速変調器、光学フィルタ、光検出器、および転写プリントされたレーザを統合しているため、高周波信号処理のためのコンパクトで自己完結型のプログラム可能なソリューションとなっている。このブレークスルーは、かさばり、電力を大量に消費するコンポーネントを置き換えることができ、5G/6G、衛星通信、レーダーシステムなどのアプリケーションでの高速ワイヤレスネットワーク、低コストのマイクロ波センシング、スケーラブルな展開を可能にする。この成果は、Nature Communications に掲載された。

現代の通信ネットワークは、高速光ファイバリンクと無線無線周波数マイクロ波伝送の両方に依存しているが、より高いデータレートとより高い周波数での動作に対する需要が高まるにつれて、新しいシステムでは、信号処理の複雑さ、高い伝送損失、および電力を大量に消費する電子機器との闘いを克服するために、これら2つの通信モード間のより緊密な統合が必要になる。マイクロ波フォトニクスは、光技術を使用して高周波信号を低損失、高帯域幅、およびエネルギー効率の向上で処理することにより、有望なソリューションを提供する。ただし、ほとんどのマイクロ波フォトニクスシステムは、スケーラビリティを制限するかさばるファイバベースのアーキテクチャに依存している。
対照的に、マイクロ波フォトニクスをチップに統合すれば、よりスケーラブルで電力効率の高いシステムを実現できる可能性があるが、初期の実験的なデモンストレーションでは、主要な機能が欠けていたり、完全なパフォーマンスを達成するために外部コンポーネントが必要だった。

Imecとゲント大学(Ghent University)は、光信号とマイクロ波信号の両方を1つのチップで処理および変換するシリコンフォトニックエンジンを実証した。この新しいシステムの重要な革新は、リコンフィギャラブル変調器とプログラム可能な光フィルタの新しい組み合わせにあり、信号損失を大幅に低減しながらマイクロ波信号の効率的な変調とフィルタリングを可能にする。この独自の組み合わせにより、全体的なパフォーマンスが向上し、システムは複雑な信号処理タスクを幅広いアプリケーションに対して高い柔軟性と効率で処理できる。

このチップは、imecの標準iSiPP50Gシリコンフォトニクスプラットフォーム上に構築されており、低損失の導波路と受動部品、高速変調器と検出器、光応答を調整するための熱光学位相シフタが含まれている。統合光源を提供するために、研究チームは、フォトニクス研究グループ(imec/ゲント大学)で開発されたマイクロトランスファープリンティング技術を使用して、チップ上にリン化インジウム(InP)光増幅器(III-Vラボによって開発された)を組み込んだ。オンチップのチューナブルフィルタ回路と組み合わせることで、光増幅器をワイドチューナブルレーザとして機能させることができ、システムの汎用性がさらに向上する。

「すべての重要なマイクロ波フォトニクスコンポーネントを1つのチップに統合できることは、スケーラブルでエネルギー効率の高い高周波信号処理に向けた大きな一歩だ。この技術は、かさばる外付け部品を排除することで、次世代のワイヤレスネットワークや高度なセンシングシステムにおいて、よりコンパクトで費用対効果の高いソリューションへの道を開く」と、imecおよびゲント大学のフォトニクス研究グループ教授、Wim Bogaertsは話している。