DARPA usa la luz en chips para impulsar plataformas de radiofrecuencia de próxima generación

Las señales de radiofrecuencia (RF) y microondas impregnan de forma invisible el entorno que nos rodea, transportando desde firmas de radar hasta los datos de nuestros teléfonos móviles. En los sistemas de RF, los osciladores electrónicos pueden actuar como relojes precisos o generar directamente los tonos de microondas de referencia.

Aunque un oscilador ideal proporciona un tono a una frecuencia singular, las imperfecciones de los componentes y el acoplamiento con el entorno introducen un ruido de fase significativo en las fuentes del mundo real.

Las razones militares y comerciales para mejorar los osciladores son abundantes: El ruido de fase cercano a la portadora es un factor primordial que impide la detección de objetivos pequeños o de movimiento lento en el radar Doppler, mientras que en las comunicaciones de RF, la fluctuación de tiempo dicta la precisión de muestreo de los receptores y limita el ancho de banda de la señalización.

En la última década, se han realizado importantes avances en el rendimiento de los osciladores de RF mediante técnicas ópticas para sintetizar señales de microondas de alta fidelidad (es decir, frecuencias de 1 a 100 GHz). Estos osciladores de RF suelen emplear la división óptica de frecuencias (OFD) para conseguir bajo ruido de fase que puede alcanzar niveles récord.

Sin embargo, las soluciones actuales sacrifican otros atributos importantes en pos de la pureza espectral. Estas compensaciones son problemáticas porque el tamaño del módulo, el coste, la sintonización y la sensibilidad ambiental son también factores críticos que determinan la aplicabilidad de las fuentes de microondas a los sistemas comerciales y militares.

El programa Generating RF with Photonic Oscillators for Low Noise (GRYPHON) pretende desafiar los equilibrios actuales aprovechando los recientes avances en la miniaturización, integración y producción en volumen de componentes ópticos de precisión mediante la fabricación microelectrónica litográfica. «La fotónica integrada no lineal ofrece una vía para conseguir un rendimiento increíble de los osciladores, reduciendo al mismo tiempo el tamaño del sistema en órdenes de magnitud», afirma el Dr. Gordon Keeler, director del programa en la DARPA´s Microsystem Technologies Office. «Más allá de las ventajas de coste y tamaño, los enfoques ópticos integrados podrían permitir la sintonización en múltiples bandas de frecuencia y la robustez ambiental. Si nuestros equipos tienen éxito, el impacto puede ser muy amplio».

La primera área técnica que perseguirá el programa GRYPHON es el desarrollo de prototipos de bajo ruido, compactos y ágiles en cuanto a la frecuencia, que puedan proporcionar salidas que abarquen de 1 a 40 GHz. Los parámetros de rendimiento de los prototipos están orientados a la rápida adopción por parte de entidades militares y comerciales. El éxito del programa también dependerá de que se demuestre su robustez frente a los efectos ambientales y de que se establezca una hoja de ruta para la fabricación de gran volumen y bajo coste. Los equipos de investigación seleccionados para este proyecto son: Honeywell, Nexus Photonics, BAE Systems, Caltech y hQphotonics. Debido a la naturaleza altamente interdisciplinaria del trabajo, la mayoría de los ejecutores han contratado a socios adicionales para complementar sus capacidades básicas.

La segunda área técnica de GRYPHON anima a los participantes a buscar técnicas avanzadas que ofrezcan un ruido de fase aún más bajo o una capacidad de sintonización ultraamplia para informar sobre futuras arquitecturas de osciladores. Los equipos de la Universidad de Columbia y la Universidad de Virginia han sido seleccionados para ampliar los límites de los materiales y la integración de sistemas con este fin.

Gracias a la diversidad de enfoques, materiales y equipos de intérpretes, el programa GRYPHON promete ofrecer soluciones de gran impacto a corto plazo y hacer germinar futuras direcciones de exploración.

Fte. DARPA