Układy fotoniki scalonej dla systemów komunikacji optycznej w wolnej przestrzeni – FSOC

Głównym celem niniejszego projektu jest opracowanie i wszechstronne zbadanie nowych jakościowo rozwiązań dla systemów komunikacji optycznej w wolnej przestrzeni (ang. free space optical communication, FSOC), bazujących na rozwiązaniach fotoniki scalonej. W ramach realizacji badań przemysłowych i prac rozwojowych zakłada się zaprojektowanie i wytworzenie zintegrowanych, wielokanałowych układów nadawczych i odbiorczych, wyposażonych w układy elektroniki sterującej, układy optyczne do formowania wiązki oraz systemy pozycjonujące. Zakłada się opracowanie demonstratorów technologii – systemów komunikacji w wolnej przestrzeni pracujących w różnych zakresach spektralnych, tj. klasycznym dla telekomunikacji światłowodowej zakresie bliskiej podczerwieni (ang. near-infrared, NIR), odpowiadającym długości fali 1550 nm, oraz w znacznie bardziej atrakcyjnym dla komunikacji w wolnej przestrzeni zakresie średniej podczerwieni (ang. mid-infrared, MIR), obejmującym dwa podpasma – 4-6 μm i 8-12 μm.

Wybór badanych zakresów spektralnych podyktowany jest właściwościami atmosfery i występującymi oknami transmisyjnymi. Warto również nadmienić, że systemy FSOC są w ostatnich latach intensywnie badane pod kątem możliwości zastosowania w systemach i sieciach 5G i 6G, komunikacji między dronami, pojazdami wojskowymi, autonomicznymi pojazdami, a także satelitami. Zakres projektu obejmuje w szczególności zaprojektowanie, wytworzenie i zbadanie zintegrowanych wielokanałowych układów nadawczych i odbiorczych dla systemu FSOC na zakres NIR oraz MIR. W pierwszym przypadku planowane jest wykorzystanie generycznej technologii fosforku indu (InP) oferowanej obecnie przez europejskie foundry fotoniczne, takie jak SMART Photonics (Holandia) i Heinrich Hertz Institut (Niemcy). Technologia InP pozwala na wytwarzania monolitycznie zintegrowanych nadajników i odbiorników wielokanałowych, zawierających przestrajalne źródła światła laserowego, modulatory światła i fotodetektory, multipleksery długości fali i inne elementy pasywne.

Ze względu na ograniczony od strony długofalowej zakres spektralny platformy InP (λmax = 2,0 μm), w przypadku urządzeń pracujących w zakresie średniej podczerwieni planowane jest wykorzystanie platformy MIRPIC (ang. mid-infrared photonic integrated circuits), rozwijanej od 2021 r. przez konsorcjum naukowo-przemysłowe, którego liderem jest firma VIGO Photonics, a partnerami Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki Sieci Badawczej Łukasiewicz oraz Politechnika Warszawska, a więc również partnerzy niniejszego projektu.

W ramach platformy MIRPIC można obecnie projektować i wytwarzać fotoniczne układy scalone zawierające pasywne układy falowodowe i integrowane hybrydowo źródła światła – lasery kaskadowe QCL (ang. quantum cascade lasers) oraz detektory promieniowania bazujące na supersieciach InAs/InAsSb. Zaplanowane w projekcie prace pozwolą na opracowanie kompatybilnych z PIC laserów QCL i detektorów o częstotliwościach pracy na poziomie powyżej 2.5 GHz, a także prototypowych układów laserów ICL, dotychczas nieprodukowanych w Polsce.