6G-Mobilfunk rückt dank neuem Chip näher

Revolutionärer optoelektronischer Prozessor schafft optische und elektronische Datenverarbeitung

Benea-Chelmus und Lampert präsentieren den neuen Chip (Foto: EPFL/Alain Herzog)

Lausanne/Cambridge (pte022/04.08.2025/12:30)

Mit einem Prozessor, der Terahertzwellen in optische Signale umwandeln kann und das auch umgekehrt schafft, könnte ein Forscherteam der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) und der Harvard University die Telekommunikation revolutionieren. Terahertzwellen (THz) transportieren viel größere Datenmengen als heute eingesetzte Mikrowellen, die in Telko-Technologien wie Wi-Fi verwendet werden oder als Infrarotlicht in Lasern und Glasfasern. Bisher gab es jedoch kein Gerät, das optische und elektrische Daten zugleich verarbeiten kann. Das schafft jetzt der neue Prozessor des Teams um Cristina Benea-Chelmus (EPFL), das seine Forschungsergebnisse vor Kurzem in "Nature Communications" publiziert hat.

Hochleistung fast ohne Energieverlust

Diese bidirektionale Umwandlung auf einer einzigen miniaturisierten Plattform ist ein wesentlicher Schritt zur Entwicklung kompakter, energieeffizienter Geräte für Kommunikation, Sensorik, Spektroskopie und Datenverarbeitung. Das Design des Teams basiert darauf, mikrometergroße Strukturen, sogenannte Übertragungsleitungen, in einen Photonik-Chip aus Lithiumniobat einzubetten. Diese Leitungen fungieren wie Funkkabel im Chipmaßstab und leiten die THz-Wellen entlang des Chips. Durch die Anordnung einer zweiten Struktur in der Nähe, die Lichtwellen leitet, erreichten die Wissenschaftler die Hochleistungs-Wechselwirkung und -Umwandlung zwischen den beiden mit minimalem Energieverlust.

"Wir gehen davon aus, dass das von uns realisierte Design in künftigen Terahertz-Anwendungen wie dem Mobilfunk der Zukunft (6G, sechste Generation Mobilfunk), bei Sensorik und Entfernungsmessung etwa in autonom fahrenden Autos ein wesentlicher Bestandteil des Kommunikationsnetzwerks sein wird", so Benea-Chelmus. Ihr Doktorand Yazan Lampert ergänzt: "Dank unseres miniaturisierten Schaltungsdesigns können wir sowohl optische als auch THz-Impulse auf derselben Plattform steuern. Unser Ansatz kombiniert photonische Schaltungen und THz-Schaltungen auf einem einzigen Gerät mit einer beispiellosen Bandbreite."

Entfernungsmessung millimetergenau

Die von dem Hybridgerät erzeugten breitbandigen THz-Signale können zum Beispiel zur Entwicklung eines Terahertz-basierten Radars verwendet werden, bei dem extrem kurze Pulse zur Messung der Entfernung von Objekten mit einer Genauigkeit von einem Millimeter eingesetzt werden. Dank seines kompakten und energieeffizienten Designs ist der Chip auch mit bestehenden photonischen Technologien wie Lasern, Lichtmodulatoren und Detektoren kompatibel.

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