Nový typ multiplexora Terahertz zdvojnásobil dátovú kapacitu a výrazne vylepšil 6G komunikáciu s bezprecedentnou šírkou pásma a nízkou stratou údajov.
Vedci predstavili super široký multiplexer Terahertz, ktorý zdvojnásobuje dátovú kapacitu a prináša revolučný pokrok 6G a neskôr. (Zdroj obrázka: Getty Images)
Bezdrôtová komunikácia novej generácie, ktorú predstavuje technológia Terahertz, sľubuje revolúciu v prenose údajov.
Tieto systémy fungujú pri frekvenciách Terahertz a ponúkajú jedinečnú šírku pásma pre ultra rýchly prenos údajov a komunikáciu. Aby sa však tento potenciál plne uvedomil, je potrebné prekonať významné technické výzvy, najmä pri riadení a efektívnom využívaní dostupného spektra.
Prelomový pokrok sa zaoberal touto výzvou: prvý multiplexor polarizácie Terahertz (DE), ktorý bol realizovaný na platforme kremíka bez substrátu, realizovaný multiplexor s polarizáciou (DE).
Tento inovatívny dizajn sa zameriava na sub-terahertz J pásmo (220-330 GHz) a jeho cieľom je transformovať komunikáciu pre 6G a neskôr. Zariadenie účinne zdvojnásobuje dátovú kapacitu pri zachovaní nízkej miery straty údajov, čím pripravuje cestu pre efektívne a spoľahlivé vysokorýchlostné bezdrôtové siete.
Tím za týmto míľnikom patrí profesor Weawat Withayachumnankul z University of Adelaide's School of Electrical and Mechanical Engineering, Dr. Weijie Gao, teraz postdoktorandský výskumný pracovník na univerzite v Osake a profesor Masayuki Fujita.
Profesor Withayachumnankul uviedol: „Navrhovaný multiplexor polarizácie umožňuje prenos viacerých dátových tokov súčasne v rovnakom frekvenčnom pásme, čo účinne zdvojnásobuje dátovú kapacitu.“ Relatívna šírka pásma dosiahnutá zariadením je bezprecedentná v akomkoľvek frekvenčnom rozsahu, čo predstavuje významný skok pre integrovaných multiplexerov.
Polarizačné multiplexory sú nevyhnutné v modernej komunikácii, pretože umožňujú viac signálov zdieľať rovnaké frekvenčné pásmo, čo výrazne zvyšuje kapacitu kanálov.
Nové zariadenie to dosahuje využitím kónických smerových spojiek a anizotropného efektívneho média. Tieto komponenty zvyšujú polarizačný dvojlomový olom, čo vedie k vysokému polarizačnému vyhynutiu (PER) a širokej šírke pásma - charakteristiky kľúčových účinných komunikačných systémov Terahertz.
Na rozdiel od tradičných návrhov, ktoré sa spoliehajú na zložité a frekvenčné asymetrické vlnovody, nový multiplexor využíva anizotropné opláštenie s iba miernou závislosťou od frekvencie. Tento prístup plne využíva dostatočnú šírku pásma poskytovaných kužeľovými spojkami.
Výsledkom je frakčná šírka pásma takmer 40%, priemer na 20 dB a minimálna strata inzercie približne 1 dB. Tieto metriky výkonnosti ďaleko prevyšujú metriky existujúcich optických a mikrovlnných vzorov, ktoré často trpia úzkou šírkou pásma a vysokými stratami.
Práca výskumného tímu nielen zvyšuje efektívnosť systémov Terahertz, ale tiež kladie základy novej éry v bezdrôtovej komunikácii. Gao poznamenal: „Táto inovácia je kľúčovým hnacím motorom pri odomretí potenciálu komunikácie Terahertz.“ Medzi aplikácie patrí streamovanie videa s vysokým rozlíšením, rozšírená realita a mobilné siete novej generácie ako 6G.
Tradičné riešenia riadenia polarizácie Terahertz, ako sú napríklad prevodníky ortogonálneho režimu (OMTS) založené na obdĺžnikových kovových vlnovodoch, čelia významným obmedzeniam. Kovové vlnovody zažívajú zvýšené ohmické straty pri vyšších frekvenciách a ich výrobné procesy sú zložité v dôsledku prísnych geometrických požiadaviek.
Optické multiplexory s polarizáciou, vrátane tých, ktoré používajú interferometre Mach-Zehnder alebo fotonické kryštály, ponúkajú lepšiu integrovateľnosť a nižšie straty, ale často si vyžadujú kompromisy medzi šírkou pásma, kompaktnosťou a výrobnou zložitosťou.
Smerové spojky sa široko používajú v optických systémoch a vyžadujú silnú polarizačnú dvojlomu, aby sa dosiahla kompaktná veľkosť a vysoká. Sú však obmedzené úzkou šírkou pásma a citlivosťou na výrobné tolerancie.
Nový multiplexor kombinuje výhody kónických smerových spojov a účinného média, ktoré prekonávajú tieto obmedzenia. Anizotropné opláštenie vykazuje významné dvojlomo, čo zaisťuje vysokú za širokú šírku pásma. Tento princíp dizajnu predstavuje odklon od tradičných metód a poskytuje škálovateľné a praktické riešenie pre integráciu Terahertz.
Experimentálna validácia multiplexora potvrdila jeho výnimočný výkon. Zariadenie funguje efektívne v rozsahu 225-330 GHz, pričom pri zachovaní viac ako 20 dB dosahuje frakčnú šírku pásma 37,8%. Vďaka svojej kompaktnej veľkosti a kompatibilite so štandardnými výrobnými procesmi je vhodná na hromadnú výrobu.
Gao poznamenal: „Táto inovácia nielen zvyšuje efektívnosť komunikačných systémov Terahertz, ale tiež pripravuje cestu pre výkonnejšie a spoľahlivejšie vysokorýchlostné bezdrôtové siete.“
Potenciálne aplikácie tejto technológie presahujú komunikačné systémy. Zlepšením využitia spektra môže multiplexor poháňať pokroky v oblastiach ako radar, zobrazovanie a internet vecí. „V priebehu desiatich rokov očakávame, že tieto technológie Terahertz budú široko prijaté a integrované do rôznych odvetví,“ uviedol profesor Withayachumnankul.
Multiplexor môže byť tiež plynule integrovaný s predchádzajúcimi zariadeniami na tvorbu lúčov vyvinutých tímom, ktoré umožňujú pokročilé komunikačné funkcie na zjednotenej platforme. Táto kompatibilita zdôrazňuje všestrannosť a škálovateľnosť účinnej stredne oblečenej dielektrickej vlnovodu platformy.
Výskumné zistenia tímu boli publikované v časopise Laser & Photonic Reviews, zdôrazňujúc ich význam pri rozvíjaní fotonickej technológie Terahertz. Profesor Fujita poznamenal: „Očakáva sa, že prekonaním kritických technických prekážok bude táto inovácia stimulovať záujmy a výskumnú činnosť v tejto oblasti.“
Vedci očakávajú, že ich práca bude inšpirovať nové aplikácie a ďalšie technologické zlepšenia v nasledujúcich rokoch, čo v konečnom dôsledku vedie k komerčným prototypom a výrobkom.
Tento multiplexor predstavuje významný krok vpred pri odblokovaní potenciálu komunikácie Terahertz. Stanovuje nový štandard pre integrované zariadenia Terahertz s bezprecedentnými metrikami výkonu.
Keďže dopyt po vysokorýchlostných, vysokokapacitných komunikačných sieťach naďalej rastie, takéto inovácie budú hrať rozhodujúcu úlohu pri formovaní budúcnosti bezdrôtových technológií.
Čas príspevku: december 16-2024