Nový typ terahertzového multiplexoru má zdvojnásobení datovou kapacitu a výrazně zvýšil 6G komunikaci s bezprecedentní šířkou pásma a nízkou ztrátou dat.
Vědci zavedli multiplexer s velmi širokou kapelou Terahertz, který zdvojnásobí datovou kapacitu a přináší revoluční pokrok na 6G a dále. (Zdroj obrázku: Getty Images)
Bezdrátová komunikace nové generace, reprezentovaná technologií Terahertz, slibuje revoluci v přenosu dat.
Tyto systémy pracují na frekvencích Terahertz a nabízejí bezkonkurenční šířku pásma pro ultra rychlý přenos dat a komunikaci. Abychom však plně uvědomili tento potenciál, musí být překonány významné technické výzvy, zejména při řízení a účinném využití dostupného spektra.
Průkopnický pokrok se zabýval touto výzvou: první ultra-širokopásmový integrovaný multiplexer polarizace Terahertz (DE) realizovaný na silikonové platformě bez substrátu.
Tento inovativní design se zaměřuje na pásmo sub-terahertz J (220-330 GHz) a jeho cílem je transformovat komunikaci pro 6G a dále. Zařízení účinně zdvojnásobí datovou kapacitu při zachování nízké míry ztráty dat a připravuje cestu pro efektivní a spolehlivé vysokorychlostní bezdrátové sítě.
Tým za tímto milníkem zahrnuje profesor Withowat Witherayachumnulanul z University of Adelaideovy školy elektrického a strojního inženýrství, Dr. Weijie Gao, nyní postdoktorandského výzkumného pracovníka na Osaka University a profesor Masayuki Fujita.
Profesor WithAyachumnumAnkul uvedl: „Navrhovaný multiplexer polarizace umožňuje přenášení více datových toků současně v rámci stejného frekvenčního pásma, což účinně zdvojnásobuje kapacitu dat.“ Relativní šířka pásma dosažené zařízením je bezprecedentní v jakémkoli frekvenčním rozsahu, což představuje významný skok pro integrované multiplexery.
Polarizační multiplexery jsou v moderní komunikaci nezbytné, protože umožňují více signálů sdílet stejný frekvenční pásmo, což výrazně zvyšuje kapacitu kanálu.
Nové zařízení toho dosáhne využitím kuželových směrových vazeb a anizotropního efektivního středního pláště. Tyto komponenty zvyšují polarizační birefringence, což má za následek vysoký poměr vyhynutí polarizace (PER) a širokou šířku pásma - klíčové vlastnosti efektivních komunikačních systémů Terahertz.
Na rozdíl od tradičních návrhů, které se spoléhají na složité a asymetrické vlnovody závislé na frekvenci, nový multiplexer používá anizotropní obložení pouze s mírnou frekvenční závislostí. Tento přístup plně využívá dostatečnou šířku pásma poskytovanou kónickými vazbami.
Výsledkem je zlomková šířka pásma téměř 40%, průměr na přesahující 20 dB a minimální ztráta vložení přibližně 1 dB. Tyto metriky výkonu daleko převyšují metriky stávajících optických a mikrovlnných návrhů, které často trpí úzkou šířkou pásma a vysokou ztrátou.
Práce výzkumného týmu nejen zvyšuje účinnost systémů Terahertzů, ale také uvádí základy pro novou éru v bezdrátové komunikaci. Dr. Gao poznamenal: „Tato inovace je klíčovým hnacím motorem při odemknutí potenciálu Terahertzovy komunikace.“ Aplikace zahrnují streamování videa s vysokým rozlišením, rozšířenou realitu a mobilní sítě nové generace, jako je 6G.
Tradiční řešení řízení polarizace terahertzů, jako jsou převodníky ortogonálního režimu (OMT) založené na pravoúhlých kovových vlnovodech, čelí významným omezením. Kovové vlnovody zažívají zvýšené ohmické ztráty při vyšších frekvencích a jejich výrobní procesy jsou složité kvůli přísným geometrickým požadavkům.
Optické polarizační multiplexery, včetně těch, které používají interferometry Mach-Zehnder nebo fotonické krystaly, nabízejí lepší integrovatelnost a nižší ztráty, ale často vyžadují kompromisy mezi šířkou pásma, kompaktností a výrobní složitostí.
Směrové spojky se široce používají v optických systémech a vyžadují silnou polarizační dvojlom, aby se dosáhlo kompaktní velikosti a vysoké. Jsou však omezeny úzkou šířkou pásma a citlivostí na výrobní tolerance.
Nový multiplexer kombinuje výhody kuželových směrových vazeb a efektivního střediska a překonává tato omezení. Anisotropní obložení vykazuje významné dvojlom a zajišťuje vysokou vysokou šířku pásma. Tento návrhový princip znamená odklon od tradičních metod a poskytuje škálovatelné a praktické řešení pro Terahertzovu integraci.
Experimentální validace multiplexoru potvrdila jeho výjimečný výkon. Zařízení pracuje efektivně v rozsahu 225-330 GHz a dosahuje frakční šířky pásma 37,8% při zachování na více než 20 dB. Díky jeho kompaktní velikosti a kompatibilitě se standardními výrobními procesy je vhodný pro hromadnou výrobu.
Dr. Gao poznamenal: „Tato inovace nejen zvyšuje účinnost komunikačních systémů Terahertz, ale také připravuje cestu pro výkonnější a spolehlivější vysokorychlostní bezdrátové sítí.“
Potenciální aplikace této technologie přesahují komunikační systémy. Zlepšením využití spektra může multiplexer řídit pokroky v polích, jako je radar, zobrazování a internet věcí. „Během deseti let očekáváme, že tyto Terahertzovy technologie budou široce přijímány a integrovány napříč různými průmyslovými odvětvími,“ uvedl profesor Witharayachumnankul.
Multiplexer může být také hladce integrován s dřívějšími zařízeními pro formování paprsků vyvinutých týmem, což umožňuje pokročilé komunikační funkce na jednotné platformě. Tato kompatibilita zdůrazňuje všestrannost a škálovatelnost efektivní středně oblečené dielektrické vlnovodné platformy.
Výsledky výzkumu týmu byly zveřejněny v časopise Laser & Photonic Reviews, přičemž zdůrazňují jejich význam při rozvíjení technologie Photonic Terahertz. Profesor Fujita poznamenal: „Očekává se, že tato inovace překonala kritické technické bariéry stimulovat zájmovou a výzkumnou činnost v oboru.“
Vědci očekávají, že jejich práce bude inspirovat nové aplikace a další technologická zlepšení v nadcházejících letech, což nakonec povede k komerčním prototypům a produktům.
Tento multiplexer představuje významný krok vpřed při odemknutí potenciálu Terahertzovy komunikace. Nastavuje nový standard pro integrovaná zařízení Terahertz s jejich bezprecedentními metrikami výkonu.
Vzhledem k tomu, že poptávka po vysokorychlostní, vysokokapacitní komunikační sítě stále roste, budou takové inovace hrát klíčovou roli při utváření budoucnosti bezdrátové technologie.
Čas příspěvku: prosinec-16-2024