Uusi erittäin laajakaistainen 997 GHzsähköoptinen modulaattori
Uusi erittäin laajakaistainen elektrooptinen modulaattori on tehnyt 997 GHz:n kaistanleveysennätyksen
Zürichissä, Sveitsissä, toimiva tutkimusryhmä on äskettäin kehittänyt onnistuneesti ultralaajakaistaisen sähköoptisen modulaattorin, joka toimii taajuuksilla 10 MHz - 1,14 THz. 997 GHz:n kaistanleveysennätys on nyt 3 dB, mikä on kaksinkertainen nykyiseen ennätykseen verrattuna. Tämä läpimurto johtuu plasmamodulaattoreiden optimoidusta suunnittelusta, joka avaa aivan uuden tilan tulevaisuuden terahertsifotonisille integroiduille piireille (PIC).
Tällä hetkellä langaton tiedonsiirto perustuu pääasiassa mikroaaltoihin ja millimetriaaltoihin, mutta näiden taajuuskaistojen spektriresurssit ovat yleensä kyllästyneet. Vaikka optisella tiedonsiirrolla on suuri kaistanleveys, sitä ei voida käyttää suoraan langattomaan tiedonsiirtoon vapaassa tilassa. Siksi THz-tiedonsiirtoa pidetään "kultaisena siltana", joka yhdistää langattomat ja valokuituverkot, ja se tarjoaa ihanteellisen ratkaisun 6G- ja nopeammille tiedonsiirtojärjestelmille. Ongelmana on, että olemassa olevien sähköoptisten modulaattoreiden (kutenLiNbO₃-modulaattori, InGaAs:t ja piipohjaiset materiaalit) THz-taajuusalueella on kaikkea muuta kuin riittävä. Signaalin vaimennus on ilmeinen. Työskentelykaistanleveys on vain noin 14 GHz ja suurin kantoaaltotaajuus vain 100 GHz, mikä on kaukana THz-tiedonsiirron vaatimista standardeista. Tässä artikkelissa tutkijat ovat kehittäneet uuden plasmapohjaisen modulaattorin, joka on onnistuneesti nostanut 3 dB:n kaistanleveyden 997 GHz:iin, mikä on kaksinkertainen nykyiseen ennätykseen verrattuna, kuten kuvassa 1 on esitetty. Tämä läpimurto ei ainoastaan riko perinteisten teknologioiden rajoituksia, vaan myös laajentaa THz-tiedonsiirron tulevaisuuden kehitystä!
Kuva 1 Plasmaelektrooptinen modulaattori, jonka kaistanleveys on THz
Tämän uudentyyppisen modulaattorin läpimurto piilee huipputeknologiassa, jota kutsutaan "plasmaefektiksi". Kuvittele, että kun valo osuu metallisen nanorakenteen pintaan, se resonoi materiaalin elektronien kanssa – elektronit värähtelevät yhdessä valon ohjaamina muodostaen erityisen aallon. Juuri tämä vaihtelu mahdollistaamodulaattorimanipuloimaan optisia signaaleja erittäin tehokkaasti. Kokeelliset tulokset osoittavat, että modulaattorilla on hyvät modulointiominaisuudet tasavirrasta 1,14 THz:iin ja vakaa vahvistus taajuusalueella 500 GHz - 800 GHz.
Tutkiakseen syvällisemmin modulaattorin toimintamekanismia tutkimusryhmä rakensi yksityiskohtaisen vastinpiirimallin ja analysoi simuloinnin avulla eri rakenneparametrien vaikutusta modulaattorin suorituskykyyn. Kokeelliset tulokset ovat hyvässä yhteensopivuudessa teoreettisen mallin kanssa, mikä vahvistaa edelleen modulaattorin tehokkuutta ja vakautta. Lisäksi tutkijat ovat ehdottaneet parannussuunnitelmaa. Optimoidun suunnittelun avulla tämän modulaattorin toimintataajuuden odotetaan ylittävän 1 THz tulevaisuudessa ja jopa yli 2 THz!
Tämä tutkimus osoittaa plasman suuren potentiaalinsähköoptiset modulaattoritTHz-tiedonsiirrossa ja fotonisissa integroiduissa piireissä (PIC). Tämä laite, jolla on erittäin laajakaistaiset, korkea hyötysuhde ja integroitavuus, tarjoaa upouuden ratkaisun THz-signaalin modulointiin. Tulevaisuudessa, laitesuunnittelun ja valmistusprosessien optimoinnin myötä, plasmamodulaattoreiden toimintataajuuden odotetaan ylittävän 2 THz, mikä mahdollistaa suuremmat tiedonsiirtonopeudet ja laajemman spektrin peiton. THz-aikakauden alku ei tarkoita ainoastaan nopeampaa tiedonsiirtoa ja tarkempia tunnistusominaisuuksia, vaan se myös edistää useiden alojen, kuten langattoman viestinnän, optisen laskennan ja älykkään havaitsemisen, syvällistä integraatiota. Plasmaelektro-optisten modulaattoreiden läpimurto voi olla avainaskel THz-teknologian kehityksessä ja luoda perustan tulevaisuuden tietoyhteiskunnan nopealle yhteenliittämiselle.
Julkaisun aika: 09.06.2025