Νέα εξαιρετικά ευρεία ζώνη 997GHzηλεκτροοπτικός διαμορφωτής
Ένας νέος ηλεκτροοπτικός διαμορφωτής εξαιρετικά ευρείας ζώνης σημείωσε ρεκόρ εύρους ζώνης 997 GHz
Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα στη Ζυρίχη της Ελβετίας ανέπτυξε με επιτυχία έναν υπερ-ευρείας ζώνης ηλεκτροοπτικό διαμορφωτή που λειτουργεί σε συχνότητες που κυμαίνονται από 10 MHz έως 1,14 THz, σημειώνοντας ρεκόρ εύρους ζώνης 3 dB στα 997 GHz, το οποίο είναι διπλάσιο από το τρέχον ρεκόρ. Αυτή η σημαντική ανακάλυψη αποδίδεται στον βελτιστοποιημένο σχεδιασμό των διαμορφωτών πλάσματος, ανοίγοντας έναν ολοκαίνουργιο χώρο για μελλοντικά φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα (PIC) terahertz.
Προς το παρόν, η ασύρματη επικοινωνία βασίζεται κυρίως σε μικροκύματα και χιλιοστομετρικά κύματα, αλλά οι πόροι φάσματος αυτών των ζωνών συχνοτήτων τείνουν να είναι κορεσμένοι. Αν και η οπτική επικοινωνία έχει μεγάλο εύρος ζώνης, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα για ασύρματη μετάδοση σε ελεύθερο χώρο. Επομένως, η επικοινωνία THz θεωρείται ως η «χρυσή γέφυρα» που συνδέει ασύρματα δίκτυα και δίκτυα οπτικών ινών, παρέχοντας μια ιδανική λύση για συστήματα επικοινωνίας 6G και υψηλότερου ρυθμού. Το πρόβλημα έγκειται στο ότι η απόδοση των υπαρχόντων ηλεκτροοπτικών διαμορφωτών (όπωςΔιαμορφωτής LiNbO₃, InGaAs και υλικά με βάση το πυρίτιο) στη ζώνη συχνοτήτων THz δεν είναι καθόλου επαρκής. Η εξασθένηση του σήματος είναι προφανής. Το λειτουργικό εύρος ζώνης είναι μόνο περίπου 14 GHz και η μέγιστη συχνότητα φορέα είναι μόνο 100 GHz, η οποία απέχει πολύ από το να πληροί τα πρότυπα που απαιτούνται για την επικοινωνία THz. Σε αυτό το άρθρο, οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν νέο διαμορφωτή με βάση το πλάσμα, αυξάνοντας με επιτυχία το εύρος ζώνης των 3 dB στα 997 GHz, το οποίο είναι διπλάσιο από το τρέχον ρεκόρ, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Αυτή η ανακάλυψη όχι μόνο σπάει τους περιορισμούς των παραδοσιακών τεχνολογιών, αλλά και διευρύνει τον δρόμο για τη μελλοντική ανάπτυξη της επικοινωνίας THz!
Σχήμα 1 Ηλεκτροοπτικός διαμορφωτής πλάσματος με εύρος ζώνης THz
Η βασική ανακάλυψη αυτού του νέου τύπου διαμορφωτή έγκειται στην υψηλή τεχνολογία που ονομάζεται «φαινόμενο πλάσματος». Φανταστείτε ότι όταν το φως λάμπει στην επιφάνεια μιας μεταλλικής νανοδομής, αυτό αντηχεί με τα ηλεκτρόνια στο υλικό - τα ηλεκτρόνια ταλαντώνονται συλλογικά οδηγούμενα από το φως, σχηματίζοντας ένα ειδικό είδος κύματος. Ακριβώς αυτή η διακύμανση επιτρέπει τηνρυθμιστήςγια τον χειρισμό οπτικών σημάτων με εξαιρετικά υψηλή απόδοση. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι ο διαμορφωτής παρουσιάζει καλά χαρακτηριστικά διαμόρφωσης εντός του εύρους DC (συνεχούς ρεύματος) έως 1,14 THz και έχει σταθερό κέρδος στη ζώνη συχνοτήτων από 500 GHz έως 800 GHz.
Για να μελετήσει σε βάθος τον μηχανισμό λειτουργίας του διαμορφωτή, η ερευνητική ομάδα κατασκεύασε ένα λεπτομερές ισοδύναμο μοντέλο κυκλώματος και ανέλυσε την επίδραση διαφορετικών δομικών παραμέτρων στην απόδοση του διαμορφωτή μέσω προσομοίωσης. Τα πειραματικά αποτελέσματα συμφωνούν σε μεγάλο βαθμό με το θεωρητικό μοντέλο, επαληθεύοντας περαιτέρω την αποτελεσματικότητα και τη σταθερότητα του διαμορφωτή. Επιπλέον, οι ερευνητές έχουν προτείνει ένα σχέδιο βελτίωσης. Αναμένεται ότι μέσω βελτιστοποιημένου σχεδιασμού, η συχνότητα λειτουργίας αυτού του διαμορφωτή μπορεί να ξεπεράσει το 1THz στο μέλλον, ακόμη και να φτάσει τα 2THz!
Αυτή η μελέτη καταδεικνύει τις μεγάλες δυνατότητες του πλάσματοςηλεκτροοπτικοί διαμορφωτέςστην επικοινωνία THz και στα φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα (PICs). Αυτή η συσκευή, με τα χαρακτηριστικά της εξαιρετικά ευρείας ζώνης, της υψηλής απόδοσης και της δυνατότητας ολοκλήρωσης, παρέχει μια εντελώς νέα λύση για τη διαμόρφωση σήματος THz. Στο μέλλον, με την περαιτέρω βελτιστοποίηση του σχεδιασμού και των διαδικασιών κατασκευής συσκευών, η συχνότητα λειτουργίας των διαμορφωτών πλάσματος αναμένεται να ξεπεράσει τα 2 THz, επιτυγχάνοντας υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων και ευρύτερη κάλυψη φάσματος. Η έλευση της εποχής των THz όχι μόνο σημαίνει ταχύτερη μετάδοση δεδομένων και πιο ακριβείς δυνατότητες ανίχνευσης, αλλά θα προωθήσει επίσης την βαθιά ενσωμάτωση πολλαπλών πεδίων όπως η ασύρματη επικοινωνία, η οπτική υπολογιστική και η έξυπνη ανίχνευση. Η ανακάλυψη των ηλεκτροοπτικών διαμορφωτών πλάσματος μπορεί να αποτελέσει ένα βασικό βήμα που θα οδηγήσει στην ανάπτυξη της τεχνολογίας THz, παρέχοντας τα θεμέλια για τη διασύνδεση υψηλής ταχύτητας της μελλοντικής κοινωνίας της πληροφορίας.
Ώρα δημοσίευσης: 09 Ιουνίου 2025