Uut tüüpi terahertsiline multiplekser on kahekordistanud andmemahtu ja oluliselt täiustanud 6G sidet enneolematu ribalaiuse ja väikese andmekaoga.
Teadlased on kasutusele võtnud ülilairiba terahertsi multiplekseri, mis kahekordistab andmemahtu ja toob revolutsioonilisi edusamme 6G-le ja kaugemale. (Pildi allikas: Getty Images)
Järgmise põlvkonna traadita side, mida esindab terahertstehnoloogia, tõotab andmeedastuses revolutsiooni teha.
Need süsteemid töötavad terahertsi sagedustel, pakkudes võrratut ribalaiust ülikiireks andmeedastuseks ja sideks. Selle potentsiaali täielikuks realiseerimiseks tuleb aga ületada olulised tehnilised väljakutsed, eelkõige olemasoleva spektri haldamisel ja tõhusal kasutamisel.
Selle väljakutse on lahendanud murranguline edusamm: esimene ülilairiba integreeritud terahertsi polarisatsiooniga (de)multiplekser, mis on realiseeritud substraadivabal räniplatvormil.
See uuenduslik disain on suunatud alamterahertsilisele J-sagedusalale (220–330 GHz) ja selle eesmärk on muuta side 6G-ks ja kaugemale. Seade kahekordistab tõhusalt andmemahtu, säilitades samal ajal madala andmekao määra, sillutades teed tõhusatele ja töökindlatele kiiretele traadita võrkudele.
Selle verstaposti taga olevasse meeskonda kuuluvad professor Withawat Withayachumnankul Adelaide'i ülikooli elektri- ja mehaanikainsenerikoolist, dr Weijie Gao, kes on nüüd Osaka ülikooli järeldoktor, ja professor Masayuki Fujita.
Professor Withayachumnankul ütles: "Kavandatud polarisatsioonimultiplekser võimaldab edastada mitut andmevoogu samaaegselt samas sagedusribas, kahekordistades tõhusalt andmemahtu." Seadme saavutatav suhteline ribalaius on enneolematu mis tahes sagedusvahemikus, mis kujutab endast olulist hüpet integreeritud multiplekserite jaoks.
Polarisatsioonimultiplekserid on kaasaegses suhtluses olulised, kuna need võimaldavad mitmel signaalil jagada sama sagedusriba, suurendades oluliselt kanali läbilaskevõimet.
Uus seade saavutab selle kooniliste suunaühenduste ja anisotroopse efektiivse keskmise katte abil. Need komponendid suurendavad polarisatsiooni kaksikmurdmist, mille tulemuseks on kõrge polarisatsiooni kustutussuhe (PER) ja lai ribalaius – tõhusate terahertsiliste sidesüsteemide põhiomadused.
Erinevalt traditsioonilistest konstruktsioonidest, mis tuginevad keerukatele ja sagedusest sõltuvatele asümmeetrilistele lainejuhtidele, kasutab uus multiplekser anisotroopset kattekihti, millel on vaid väike sagedussõltuvus. See lähenemisviis kasutab täielikult kooniliste sidurite pakutavat laialdast ribalaiust.
Tulemuseks on murdosa ribalaius, mis on peaaegu 40%, keskmine PER ületab 20 dB ja minimaalne sisestuskadu on ligikaudu 1 dB. Need jõudlusnäitajad ületavad kaugelt olemasolevate optiliste ja mikrolaineahjude konstruktsioonide näitajaid, mis sageli kannatavad kitsa ribalaiuse ja suure kadu tõttu.
Uurimisrühma töö mitte ainult ei suurenda terahertssüsteemide tõhusust, vaid loob ka aluse uuele ajastule traadita side vallas. Dr Gao märkis: "See uuendus on terahertsside potentsiaali vabastamise peamine tegur." Rakendused hõlmavad kõrglahutusega video voogesitust, liitreaalsust ja järgmise põlvkonna mobiilsidevõrke, nagu 6G.
Traditsioonilised terahertsi polarisatsioonihalduslahendused, nagu ristkülikukujulistel metallist lainejuhtidel põhinevad ortogonaalrežiimi muundurid (OMT), seisavad silmitsi oluliste piirangutega. Metallist lainejuhid kogevad kõrgematel sagedustel suurenenud oomikaod ja nende tootmisprotsessid on rangete geomeetriliste nõuete tõttu keerulised.
Optilise polarisatsiooni multiplekserid, sealhulgas need, mis kasutavad Mach-Zehnderi interferomeetreid või fotoonkristalle, pakuvad paremat integreeritavust ja väiksemaid kadusid, kuid nõuavad sageli kompromisse ribalaiuse, kompaktsuse ja tootmise keerukuse vahel.
Suunaühendusi kasutatakse laialdaselt optilistes süsteemides ja kompaktse suuruse ja kõrge PER saavutamiseks on vaja tugevat polarisatsiooni kaksikmurdmist. Neid piirab aga kitsas ribalaius ja tundlikkus tootmistolerantside suhtes.
Uus multiplekser ühendab endas kooniliste suunaühenduste ja tõhusa keskmise katte eelised, ületades need piirangud. Anisotroopsel kattekihil on märkimisväärne kaksikmurdumine, mis tagab kõrge PER-i laial ribalaiusel. See disainipõhimõte tähistab kõrvalekaldumist traditsioonilistest meetoditest, pakkudes skaleeritavat ja praktilist lahendust terahertsi integreerimiseks.
Multiplekseri eksperimentaalne valideerimine kinnitas selle erakordset jõudlust. Seade töötab tõhusalt 225–330 GHz vahemikus, saavutades 37,8% ribalaiuse, säilitades samal ajal PER väärtuse üle 20 dB. Selle kompaktne suurus ja ühilduvus standardsete tootmisprotsessidega muudavad selle sobivaks masstootmiseks.
Dr Gao märkis: "See uuendus mitte ainult ei suurenda terahertsi sidesüsteemide tõhusust, vaid sillutab teed ka võimsamatele ja usaldusväärsematele kiiretele traadita võrkudele."
Selle tehnoloogia potentsiaalsed rakendused ulatuvad sidesüsteemidest kaugemale. Spektri kasutust parandades saab multiplekser edendada sellistes valdkondades nagu radar, pildistamine ja asjade internet. "Ootame, et kümne aasta jooksul võetakse need terahertstehnoloogiad laialdaselt kasutusele ja integreeritakse erinevatesse tööstusharudesse, " ütles professor Withayachumnankul.
Multiplekserit saab sujuvalt integreerida ka meeskonna poolt välja töötatud varasemate kiirvormimisseadmetega, võimaldades täiustatud sidefunktsioone ühtsel platvormil. See ühilduvus tõstab esile tõhusa keskmise kattega dielektrilise lainejuhi platvormi mitmekülgsuse ja mastaapsuse.
Töörühma uurimistulemused on avaldatud ajakirjas Laser & Photonic Reviews, rõhutades nende olulisust fotoonilise terahertsi tehnoloogia edendamisel. Professor Fujita märkis: "Kriitiliste tehniliste tõkete ületamisel peaks see uuendus stimuleerima huvi ja uurimistegevust selle valdkonna vastu."
Teadlased eeldavad, et nende töö inspireerib lähiaastatel uusi rakendusi ja edasisi tehnoloogilisi täiustusi, mille tulemuseks on lõpuks kaubanduslikud prototüübid ja tooted.
See multiplekser kujutab endast olulist sammu edasi terahertsside potentsiaali avamisel. See seab integreeritud terahertsseadmetele uue standardi oma enneolematute jõudlusnäitajatega.
Kuna nõudlus kiirete ja suure võimsusega sidevõrkude järele kasvab jätkuvalt, on sellistel uuendustel traadita tehnoloogia tuleviku kujundamisel otsustav roll.
Postitusaeg: 16. detsember 2024