Нов тип терахерцов мултиплексор има удвоен капацитет за данни и значително подобрена 6G комуникация с безпрецедентна честотна лента и ниска загуба на данни.
Изследователите въведоха супершироколентов терагерцов мултиплексор, който удвоява капацитета за данни и носи революционен напредък в 6G и извън него. (Източник на изображението: Getty Images)
Безжичната комуникация от следващо поколение, представена от терагерцова технология, обещава да революционизира предаването на данни.
Тези системи работят на терагерцови честоти, предлагайки несравнима честотна лента за ултра-бързо предаване на данни и комуникация. Въпреки това, за да се реализира напълно този потенциал, трябва да се преодолеят значителни технически предизвикателства, особено при управлението и ефективното използване на наличния спектър.
Революционен напредък се справи с това предизвикателство: първият ултрашироколентов интегриран терагерцов поляризационен (де)мултиплексор, реализиран върху силиконова платформа без субстрат.
Този иновативен дизайн е насочен към суб-терагерцовия J обхват (220-330 GHz) и има за цел да трансформира комуникацията за 6G и извън него. Устройството ефективно удвоява капацитета за данни, като същевременно поддържа нисък процент на загуба на данни, проправяйки пътя за ефективни и надеждни високоскоростни безжични мрежи.
Екипът зад този крайъгълен камък включва професор Withawat Withayachumnankul от Факултета по електротехника и машинно инженерство на Университета на Аделаида, д-р Weijie Gao, сега постдокторантски изследовател в университета в Осака, и професор Masayuki Fujita.
Професор Withayachumnankul заяви: "Предложеният поляризационен мултиплексор позволява множество потоци от данни да се предават едновременно в рамките на една и съща честотна лента, като ефективно удвоява капацитета на данните." Относителната честотна лента, постигната от устройството, е безпрецедентна във всеки честотен диапазон, което представлява значителен скок за интегрираните мултиплексори.
Поляризационните мултиплексори са от съществено значение в съвременната комуникация, тъй като позволяват на множество сигнали да споделят една и съща честотна лента, което значително подобрява капацитета на канала.
Новото устройство постига това чрез използване на конични насочени съединители и анизотропна ефективна средна облицовка. Тези компоненти подобряват двойното пречупване на поляризацията, което води до високо съотношение на поляризационно изчезване (PER) и широка честотна лента - ключови характеристики на ефективните терагерцови комуникационни системи.
За разлика от традиционните дизайни, които разчитат на сложни и зависими от честотата асиметрични вълноводи, новият мултиплексор използва анизотропна обвивка само с лека честотна зависимост. Този подход напълно използва широката честотна лента, осигурена от коничните съединители.
Резултатът е частична честотна лента близо до 40%, среден PER надвишаващ 20 dB и минимална загуба на вмъкване от приблизително 1 dB. Тези показатели за производителност далеч надминават тези на съществуващите оптични и микровълнови конструкции, които често страдат от тясна честотна лента и големи загуби.
Работата на изследователския екип не само повишава ефективността на терагерцовите системи, но също така полага основите за нова ера в безжичната комуникация. Д-р Гао отбеляза: „Тази иновация е ключов двигател за отключване на потенциала на терахерцовата комуникация.“ Приложенията включват поточно видео с висока разделителна способност, добавена реалност и мобилни мрежи от следващо поколение като 6G.
Традиционните терагерцови решения за управление на поляризацията, като преобразуватели с ортогонален режим (OMT), базирани на правоъгълни метални вълноводи, са изправени пред значителни ограничения. Металните вълноводи изпитват увеличени омични загуби при по-високи честоти и техните производствени процеси са сложни поради строгите геометрични изисквания.
Оптичните поляризационни мултиплексори, включително тези, използващи интерферометри на Mach-Zehnder или фотонни кристали, предлагат по-добра интегрируемост и по-ниски загуби, но често изискват компромиси между честотна лента, компактност и сложност на производството.
Насочените съединители се използват широко в оптичните системи и изискват силно поляризационно двойно пречупване, за да се постигне компактен размер и висок PER. Въпреки това, те са ограничени от тясна честотна лента и чувствителност към производствени толеранси.
Новият мултиплексор съчетава предимствата на коничните насочени съединители и ефективната средна облицовка, преодолявайки тези ограничения. Анизотропната обвивка показва значително двойно пречупване, осигурявайки високо PER в широка честотна лента. Този принцип на проектиране бележи отклонение от традиционните методи, осигурявайки мащабируемо и практично решение за терагерцова интеграция.
Експерименталното валидиране на мултиплексора потвърди неговата изключителна производителност. Устройството работи ефективно в диапазона 225-330 GHz, постигайки частична честотна лента от 37,8%, като същевременно поддържа PER над 20 dB. Компактният му размер и съвместимостта със стандартните производствени процеси го правят подходящ за масово производство.
Д-р Гао отбеляза: „Тази иновация не само повишава ефективността на терагерцовите комуникационни системи, но също така проправя пътя за по-мощни и надеждни високоскоростни безжични мрежи.“
Потенциалните приложения на тази технология се простират отвъд комуникационните системи. Чрез подобряване на използването на спектъра, мултиплексорът може да стимулира напредъка в области като радар, изображения и Интернет на нещата. „В рамките на едно десетилетие очакваме тези терахерцови технологии да бъдат широко възприети и интегрирани в различни индустрии“, каза професор Уитаячумнанкул.
Мултиплексорът може също да бъде безпроблемно интегриран с по-ранни устройства за формиране на лъчи, разработени от екипа, позволявайки разширени комуникационни функционалности на унифицирана платформа. Тази съвместимост подчертава гъвкавостта и мащабируемостта на ефективната диелектрична вълноводна платформа със средно покритие.
Резултатите от изследването на екипа са публикувани в списанието Laser & Photonic Reviews, подчертавайки тяхното значение за напредъка на фотонната терагерцова технология. Професор Фуджита отбеляза: „Чрез преодоляване на критични технически бариери се очаква тази иновация да стимулира интереса и изследователската дейност в тази област.“
Изследователите очакват, че работата им ще вдъхнови нови приложения и допълнителни технологични подобрения през следващите години, което в крайна сметка ще доведе до търговски прототипи и продукти.
Този мултиплексор представлява значителна стъпка напред в отключването на потенциала на терахерцовата комуникация. Той поставя нов стандарт за интегрирани терагерцови устройства със своите безпрецедентни показатели за производителност.
Тъй като търсенето на високоскоростни комуникационни мрежи с голям капацитет продължава да нараства, подобни иновации ще играят решаваща роля в оформянето на бъдещето на безжичните технологии.
Време на публикуване: 16 декември 2024 г