Une puce pour rayonner des faisceaux d'ondes térahertz sur 360°
Un composant réalisé en silicium, qui intègre 184 guides d'ondes associés à des dispositifs rayonnants, permet de diriger des faisceaux à 300 gigahertz sur 360°. Il rend possible la création de multiples liaisons sans fil simultanées à très haut débit, notamment la diffusion de vidéo haute définition. Les résultats de ces expérimentations sont publiés dans la revue Nature.
Les réseaux de communications sans fil du futur– 6G et au-delà- offriront à terme des débits de l'ordre du terabit par seconde (Tbit/s), 100 fois supérieurs aux débits visés par la norme 5G actuelle. Pour y parvenir, les laboratoires s’intéressent aux nouvelles ressources spectrales dans des gammes de fréquence de l'ordre du térahertz (THz). Mais les signaux THz s’atténuent rapidement, avec des pertes d'énergie importantes. C'est pourquoi les futurs systèmes de communication sans fil, pour transmettre efficacement les signaux, devront rayonner dans des directions ciblées, par exemple en direction des utilisateurs, afin d'éviter de rayonner l’énergie dans des zones où ce n’est pas nécessaire. Cette fonctionnalité peut être réalisée par des composants spécifiques, des formateurs de faisceaux, qui doivent relever plusieurs défis: limiter les pertes, offrir une bande passante et une couverture spatiale suffisantes, et s'intégrer avec les autres composants du système de communication sans fil.
L'Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN, CNRS/Université de Lille/Université Polytechnique Hauts-de-France), en collaboration avec le laboratoire de Physique des lasers, atomes et molécules (PhLAM, CNRS/Université de Lille), et des chercheurs singapouriens de l'université de technologie de Nanyang (NTU, Singapour), ont réussi une avancée significative en réalisant des formateurs de faisceaux THz sur une puce, capables de rayonner dans de multiples directions sur 360°. Les chercheurs ont ainsi fabriqué et testé une puce de silicium qui contient 184 guides d'ondes, grâce à une approche de guidage topologique qui permet de juxtaposer un grand nombre de canaux sans qu'ils interfèrent entre eux.
Intégré dans un système de transmission THz complet, ce formateur de faisceaux a permis de créer des liaisons de 72 Gbit/s sur 300 mm, mais aussi des liaisons multi-point (huit liaisons sans fil simultanées de 40 Gbit/s ou bien la transmission en temps réel de vidéos en haute-définition). Les faisceaux THz peuvent rayonner sur 360°, les directions de rayonnement étant sélectionnées et reconfigurées en éclairant localement la puce par un laser. Ces démonstrations ont bénéficié de l'expertise des laboratoires Lillois en caractérisation et mesure des dispositifs THz, soutenue par le CPER Wavetech et développée notamment au sein des PEPR Électronique et Réseaux du futur.
© Guillaume Ducournau, Anne Duchêne, IEMN, sur la base de la structure dessinée par leurs collègues de NTU Singapour
Références
On-chip topological beamformer for multi-link terahertz 6G to XG wireless.
Wenhao Wang, Yi Ji Tan, Thomas CaiWei Tan, Abhishek Kumar, Prakash Pitchappa, Pascal Szriftgiser, Guillaume Ducournau & Ranjan Singh.
Nature, publié le 14 août 2024.
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07759-5