Uut tüüpi terahertsi multiplekser on kahekordistanud andmemahtu ja oluliselt parandanud 6G-sidet enneolematu ribalaiuse ja väikese andmekaoga.
Teadlased on tutvustanud ülilairiba terahertsi multiplekserit, mis kahekordistab andmemahtu ja toob revolutsioonilisi edusamme 6G-sse ja kaugemale. (Pildi allikas: Getty Images)
Järgmise põlvkonna traadita side, mida esindab terahertsi tehnoloogia, lubab andmeedastust revolutsiooniliselt muuta.
Need süsteemid töötavad terahertsi sagedustel, pakkudes enneolematut ribalaiust ülikiire andmeedastuse ja kommunikatsiooni jaoks. Selle potentsiaali täielikuks realiseerimiseks tuleb aga ületada märkimisväärseid tehnilisi väljakutseid, eriti olemasoleva spektri haldamisel ja tõhusal kasutamisel.
Sellele väljakutsele on lahenduse leidnud murranguline edasiminek: esimene ülilairiba integreeritud terahertsi polarisatsiooni (de)multiplekser, mis on realiseeritud substraadivabal räniplatvormil.
See uuenduslik disain on suunatud subterahertsisele J-sagedusribale (220–330 GHz) ja selle eesmärk on muuta kommunikatsiooni 6G ja kaugemale ulatuvaks. Seade kahekordistab andmemahtu, säilitades samal ajal madala andmekao määra, sillutades teed tõhusatele ja usaldusväärsetele kiiretele traadita võrkudele.
Selle verstaposti taga olevasse meeskonda kuuluvad Adelaide'i ülikooli elektri- ja masinaehituse kooli professor Withawat Withayachumnankul, Osaka ülikooli järeldoktor dr Weijie Gao ja professor Masayuki Fujita.
Professor Withayachumnankul ütles: „Kavandatud polarisatsioonimultiplekser võimaldab samaaegselt edastada mitut andmevoogu samas sagedusribas, kahekordistades andmemahtu.“ Seadme saavutatav suhteline ribalaius on enneolematu igas sagedusalas, mis kujutab endast olulist hüpet integreeritud multiplekserite jaoks.
Polarisatsioonimultiplekserid on tänapäeva kommunikatsioonis hädavajalikud, kuna need võimaldavad mitmel signaalil jagada sama sagedusriba, suurendades oluliselt kanali läbilaskevõimet.
Uus seade saavutab selle kooniliste suundühenduste ja anisotroopse efektiivse keskkonnakatte abil. Need komponendid suurendavad polarisatsiooni kaksikmurdumist, mille tulemuseks on kõrge polarisatsiooni ekstinktsioonisuhe (PER) ja lai ribalaius – tõhusate terahertside sidesüsteemide põhiomadused.
Erinevalt traditsioonilistest konstruktsioonidest, mis tuginevad keerukatele ja sagedussõltuvatele asümmeetrilistele lainejuhtidele, kasutab uus multiplekser anisotroopset katet, millel on vaid vähene sagedussõltuvus. See lähenemisviis kasutab täielikult ära kooniliste sidurite pakutavat laia ribalaiust.
Tulemuseks on ligi 40% suhteline ribalaius, keskmine PER üle 20 dB ja minimaalne sisestuskaotus ligikaudu 1 dB. Need jõudlusnäitajad ületavad kaugelt olemasolevate optiliste ja mikrolaineahjude omadusi, millel on sageli kitsas ribalaius ja suur kaotus.
Uurimisrühma töö mitte ainult ei suurenda terahertsisüsteemide tõhusust, vaid loob ka aluse uuele ajastule traadita sides. Dr Gao märkis: „See innovatsioon on terahertsiside potentsiaali vallandamise peamine edasiviiv jõud.“ Rakenduste hulka kuuluvad kõrglahutusega video voogesitus, liitreaalsus ja järgmise põlvkonna mobiilsidevõrgud, näiteks 6G.
Traditsioonilised terahertsi polarisatsiooni haldamise lahendused, näiteks ristkülikukujulistel metalllainejuhtidel põhinevad ortogonaalrežiimi muundurid (OMT), seisavad silmitsi oluliste piirangutega. Metalllainejuhtidel on kõrgematel sagedustel suurenenud oomilised kaod ja nende tootmisprotsessid on rangete geomeetriliste nõuete tõttu keerukad.
Optilised polarisatsiooni multiplekserid, sealhulgas need, mis kasutavad Mach-Zehnderi interferomeetreid või footonkristalle, pakuvad paremat integreeritavust ja väiksemaid kadusid, kuid nõuavad sageli kompromisse ribalaiuse, kompaktsuse ja tootmise keerukuse vahel.
Suundsidureid kasutatakse laialdaselt optilistes süsteemides ning need vajavad kompaktse suuruse ja kõrge PERi saavutamiseks tugevat polarisatsiooni kaksikmurdumist. Neid piirab aga kitsas ribalaius ja tundlikkus tootmistolerantside suhtes.
Uus multiplekser ühendab endas kooniliste suundühenduste ja efektiivse keskkonnakatte eelised, ületades need piirangud. Anisotroopne kate omab märkimisväärset kahekordset murdumist, tagades kõrge PER-i laias ribalaiuses. See disainipõhimõte erineb traditsioonilistest meetoditest, pakkudes skaleeritavat ja praktilist lahendust terahertside integreerimiseks.
Multiplekseri eksperimentaalne valideerimine kinnitas selle erakordset jõudlust. Seade töötab tõhusalt sagedusalas 225–330 GHz, saavutades 37,8% suhtelise ribalaiuse ja hoides samal ajal PER-i üle 20 dB. Selle kompaktne suurus ja ühilduvus standardsete tootmisprotsessidega muudavad selle sobivaks masstootmiseks.
Dr Gao märkis: "See innovatsioon mitte ainult ei suurenda terahertsi sidesüsteemide tõhusust, vaid sillutab teed ka võimsamatele ja usaldusväärsematele kiiretele traadita võrkudele."
Selle tehnoloogia potentsiaalsed rakendused ulatuvad kaugemale sidesüsteemidest. Spektri kasutamise parandamise abil saab multiplekser edendada selliseid valdkondi nagu radar, pildindus ja asjade internet. „Me eeldame, et kümne aasta jooksul võetakse need terahertsi tehnoloogiad laialdaselt kasutusele ja integreeritakse erinevates tööstusharudes,“ ütles professor Withayachumnankul.
Multiplekserit saab sujuvalt integreerida ka meeskonna varasemate kiirgusmoodustusseadmetega, võimaldades ühtsel platvormil täiustatud sidefunktsioone. See ühilduvus rõhutab efektiivse keskmise kattega dielektrilise lainejuhi platvormi mitmekülgsust ja skaleeritavust.
Meeskonna uurimistulemused on avaldatud ajakirjas Laser & Photonic Reviews, rõhutades nende olulisust footonterahertsi tehnoloogia edendamisel. Professor Fujita märkis: „Kriitiliste tehniliste takistuste ületamise kaudu peaks see innovatsioon ergutama huvi ja teadustegevust selles valdkonnas.“
Teadlased eeldavad, et nende töö inspireerib lähiaastatel uusi rakendusi ja edasisi tehnoloogilisi täiustusi, mis lõppkokkuvõttes viivad kaubanduslike prototüüpide ja toodeteni.
See multiplekser kujutab endast olulist sammu terahertsi kommunikatsiooni potentsiaali vallandamisel. See seab oma enneolematute jõudlusnäitajatega integreeritud terahertsi seadmetele uue standardi.
Kuna nõudlus kiirete ja suure läbilaskevõimega sidevõrkude järele kasvab jätkuvalt, mängivad sellised uuendused traadita tehnoloogia tuleviku kujundamisel olulist rolli.
Postituse aeg: 16. detsember 2024