В ЛЭТИ создали компоненты оптического чипа для обеспечения эффективной работы фотонных радаров

Сегодня в России гражданская авиация ежедневно обслуживает сотни тысяч пассажиров и логистических операций, и именно поэтому безопасность аэропортов остаётся приоритетом для всей отрасли. Для оперативного выявления различных рисков, например, птиц в районе взлётно-посадочных полос, в аэропортах задействуются специализированные системы мониторинга, основанные на радиолокационных технологиях. Радары обеспечивают всесторонний контроль воздушного пространства: от навигационной поддержки и предупреждения столкновений до мониторинга метеоусловий.

Хотя современные радары отличаются высокой точностью и способны работать в любых погодных условиях на расстояниях в десятки километров, их эффективность в обнаружении очень мелких объектов ограничена физическими возможностями традиционной электроники. Ключевые проблемы (узкая полоса рабочих частот и нестабильность радиосигнала) снижают разрешающую способность систем и затрудняют регистрацию слабых отражённых сигналов.

Решением для преодоления текущей проблемы может стать разработка радаров на основе радиофотоники, которая исследует способы генерации, передачи и обработки радиосигналов с помощью света. В отличие от обычной электроники такой подход может обеспечить более эффективную работу радаров. Однако переход на новые технологии требует разработки материалов, компонентов и технологии производства, а также времени на их внедрение.

В частности, в рамках реализации программы «Приоритет-2030» в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» совместно с группой компаний (ГК) «Элемент» запускается разработка компонентной базы для различных отечественных фотонных устройств, в частности, фотонных радаров.

«Мы разрабатываем технологию базовых компонентов для создания фотонных интегральных схем, которая обеспечит более эффективную работу нового класса радаров для контроля воздушного пространства. Кроме того, мы выпустили конструкторскую документацию и осуществляем мероприятия по освоению производства на базе Новосибирского завода полупроводниковых приборов «Восток», входящего в состав ведущего разработчика и производителя отечественной микроэлектроники – ГК «Элемент». В будущем мы планируем совместно с ними запустить серийное производство, разработанных компонентов».

Фотонная интегральная схема (ФИС) представляет собой небольшой полупроводниковый кремниевый чип, использующий свет для обработки и передачи информации, аналогично тому, как электронные схемы используют электрические сигналы.

На текущий момент изготовлены следующие компоненты ФИС: микромодуляторы, микрорезонаторы и делители/сумматоры оптического излучения – ключевые элементы схемы для обработки сигнала и хранения информации.

Ранее в лаборатории магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникоса, которая была создана в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2021 году в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации, проводились исследования по созданию кольцевого резонатора – важного компонента фотонной интегральной схемы.

«Мы смогли изготовить компоненты ФИС, используя технологию кремний-на-изоляторе, которая широко применяется в микроэлектронике и КМОП-технологиях. В результате, на основе линейных и нелинейных оптических эффектов были продемонстрированы ключевые операции обработки сигнала (модуляция, фильтрация, хранение информации). Это стало одним из решающих шагов для создания образца фотонной интегральной схемы».

В разработке фотонной интегральной схемы также принимали участие специалисты подразделения Института силовой электроники и фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» – дизайн-центра силовой электроники. Интегратором технологической части работ является предприятие ООО «ЛЭТИЭЛ», созданное совместными усилиями ЛЭТИ и ГК «Элемент».

Результаты проекта были представлены на Школе молодых учёных «Нелинейная и микроволновая фотоника», которая проходила в рамках Всероссийской конференции по волоконной оптике. Работа проводилась в рамках реализации программы развития СПбГЭТУ «ЛЭТИ» «Приоритет-2030», национального проекта «Молодёжь и дети» и инициативы Десятилетия науки и технологий.