Nový typ terahertzového multiplexora má zdvojnásobenú dátovú kapacitu a výrazne zlepšil 6G komunikáciu s bezprecedentnou šírkou pásma a nízkou stratou dát.
Výskumníci predstavili superširokopásmový terahertzový multiplexer, ktorý zdvojnásobuje dátovú kapacitu a prináša revolučné pokroky v 6G a mimo nej. (Zdroj obrázkov: Getty Images)
Bezdrôtová komunikácia novej generácie, reprezentovaná terahertzovou technológiou, sľubuje revolúciu v prenose dát.
Tieto systémy pracujú na terahertzových frekvenciách a ponúkajú bezkonkurenčnú šírku pásma pre ultrarýchly prenos dát a komunikáciu. Na úplné využitie tohto potenciálu je však potrebné prekonať značné technické problémy, najmä pokiaľ ide o riadenie a efektívne využívanie dostupného spektra.
Túto výzvu rieši prevratný pokrok: prvý ultraširokopásmový integrovaný terahertzový polarizačný (de)multiplexor realizovaný na kremíkovej platforme bez substrátu.
Tento inovatívny dizajn sa zameriava na sub-terahertzové pásmo J (220-330 GHz) a jeho cieľom je transformovať komunikáciu pre 6G a ďalšie. Zariadenie efektívne zdvojnásobuje kapacitu dát pri zachovaní nízkej miery straty dát, čím dláždi cestu pre efektívne a spoľahlivé vysokorýchlostné bezdrôtové siete.
Tím, ktorý stojí za týmto míľnikom, zahŕňa profesora Withawata Withayachumnankula zo Školy elektrického a strojného inžinierstva Univerzity v Adelaide, Dr. Weijie Gao, ktorý je teraz postdoktorandským výskumníkom na univerzite v Osake, a profesora Masayukiho Fujitu.
Profesor Withayachumnankul uviedol: "Navrhovaný polarizačný multiplexer umožňuje súčasné prenášanie viacerých dátových tokov v rovnakom frekvenčnom pásme, čím sa efektívne zdvojnásobuje dátová kapacita." Relatívna šírka pásma dosiahnutá zariadením je bezprecedentná v akomkoľvek frekvenčnom rozsahu, čo predstavuje významný skok pre integrované multiplexory.
Polarizačné multiplexory sú nevyhnutné v modernej komunikácii, pretože umožňujú viacerým signálom zdieľať rovnaké frekvenčné pásmo, čím sa výrazne zvyšuje kapacita kanálov.
Nové zariadenie to dosahuje využitím kužeľových smerových spojok a anizotropného účinného plášťa média. Tieto komponenty zvyšujú polarizačný dvojlom, čo vedie k vysokému pomeru zhasnutia polarizácie (PER) a širokej šírke pásma – kľúčovým charakteristikám efektívnych terahertzových komunikačných systémov.
Na rozdiel od tradičných návrhov, ktoré sa spoliehajú na zložité a frekvenčne závislé asymetrické vlnovody, nový multiplexer využíva anizotropné opláštenie len s miernou frekvenčnou závislosťou. Tento prístup plne využíva dostatočnú šírku pásma, ktorú poskytujú kužeľové spojky.
Výsledkom je zlomková šírka pásma blízka 40 %, priemerný PER presahujúci 20 dB a minimálna vložená strata približne 1 dB. Tieto metriky výkonu ďaleko prevyšujú metriky existujúcich optických a mikrovlnných dizajnov, ktoré často trpia úzkou šírkou pásma a vysokou stratou.
Práca výskumného tímu nielenže zvyšuje efektivitu terahertzových systémov, ale kladie aj základy pre novú éru bezdrôtovej komunikácie. Dr. Gao poznamenal: "Táto inovácia je kľúčovou hnacou silou pri odomknutí potenciálu terahertzovej komunikácie." Aplikácie zahŕňajú streamovanie videa vo vysokom rozlíšení, rozšírenú realitu a mobilné siete novej generácie, ako je 6G.
Tradičné riešenia terahertzovej polarizácie, ako sú ortogonálne prevodníky (OMT) založené na pravouhlých kovových vlnovodoch, čelia značným obmedzeniam. Kovové vlnovody majú zvýšené ohmické straty pri vyšších frekvenciách a ich výrobné procesy sú zložité kvôli prísnym geometrickým požiadavkám.
Optické polarizačné multiplexory, vrátane tých, ktoré používajú Mach-Zehnderove interferometre alebo fotonické kryštály, ponúkajú lepšiu integrovateľnosť a nižšie straty, ale často vyžadujú kompromisy medzi šírkou pásma, kompaktnosťou a zložitosťou výroby.
Smerové spojky sú široko používané v optických systémoch a vyžadujú silný polarizačný dvojlom na dosiahnutie kompaktných rozmerov a vysokého PER. Sú však obmedzené úzkou šírkou pásma a citlivosťou na výrobné tolerancie.
Nový multiplexor spája výhody kužeľových smerových spojok a efektívneho stredného opláštenia, čím prekonáva tieto obmedzenia. Anizotropný plášť vykazuje významný dvojlom, ktorý zaisťuje vysoký PER v širokej šírke pásma. Tento princíp dizajnu predstavuje odklon od tradičných metód a poskytuje škálovateľné a praktické riešenie pre terahertzovú integráciu.
Experimentálne overenie multiplexora potvrdilo jeho výnimočný výkon. Zariadenie pracuje efektívne v rozsahu 225-330 GHz, pričom dosahuje zlomkovú šírku pásma 37,8 % pri zachovaní PER nad 20 dB. Jeho kompaktné rozmery a kompatibilita so štandardnými výrobnými procesmi ho predurčujú na sériovú výrobu.
Dr. Gao poznamenal: "Táto inovácia nielen zvyšuje efektivitu terahertzových komunikačných systémov, ale tiež pripravuje cestu pre výkonnejšie a spoľahlivejšie vysokorýchlostné bezdrôtové siete."
Potenciálne aplikácie tejto technológie presahujú komunikačné systémy. Zlepšením využitia spektra môže multiplexor riadiť pokrok v oblastiach, ako je radar, zobrazovanie a internet vecí. "Očakávame, že v priebehu desaťročia budú tieto terahertzové technológie široko prijaté a integrované v rôznych odvetviach," uviedol profesor Withayachumnankul.
Multiplexer môže byť tiež bez problémov integrovaný so staršími zariadeniami na vytváranie lúčov vyvinutými tímom, čo umožňuje pokročilé komunikačné funkcie na jednotnej platforme. Táto kompatibilita zvýrazňuje všestrannosť a škálovateľnosť efektívnej platformy dielektrických vlnovodov so stredným plášťom.
Zistenia výskumu tímu boli publikované v časopise Laser & Photonic Reviews, zdôrazňujúc ich význam pre pokrok v technológii fotonickej terahertzovej technológie. Profesor Fujita poznamenal: "Od tejto inovácie sa očakáva, že prekonaním kritických technických prekážok podnieti záujem a výskumnú činnosť v tejto oblasti."
Výskumníci predpokladajú, že ich práca bude v nadchádzajúcich rokoch inšpirovať k novým aplikáciám a ďalším technologickým vylepšeniam, čo v konečnom dôsledku povedie ku komerčným prototypom a produktom.
Tento multiplexor predstavuje významný krok vpred pri odomykaní potenciálu terahertzovej komunikácie. Nastavuje nový štandard pre integrované terahertzové zariadenia so svojimi bezprecedentnými metrikami výkonu.
Keďže dopyt po vysokorýchlostných a vysokokapacitných komunikačných sieťach neustále rastie, takéto inovácie budú hrať kľúčovú úlohu pri formovaní budúcnosti bezdrôtových technológií.
Čas odoslania: 16. decembra 2024