Нов тип на терахерцен мултиплексер го дуплираше капацитетот на податоци и значително ја подобри 6G комуникацијата со невиден пропусен опсег и мала загуба на податоци.
Истражувачите воведоа суперширок терахерцов мултиплексер кој го дуплира капацитетот на податоци и носи револуционерни достигнувања во 6G и пошироко. (Извор на слика: Getty Images)
Безжичната комуникација од следната генерација, претставена со терахерцна технологија, ветува револуција во преносот на податоци.
Овие системи работат на терахерцни фреквенции, нудејќи неспоредлив пропусен опсег за ултрабрз пренос на податоци и комуникација. Сепак, за целосно да се реализира овој потенцијал, мора да се надминат значајни технички предизвици, особено во управувањето и ефикасното користење на достапниот спектар.
Револуционерен напредок се справи со овој предизвик: првиот ултраширокопојасен интегриран терахерцов поларизирачки (де)мултиплексер реализиран на силиконска платформа без супстрат.
Овој иновативен дизајн е насочен кон J опсегот под терахерцните J (220-330 GHz) и има за цел да ја трансформира комуникацијата за 6G и пошироко. Уредот ефикасно го дуплира капацитетот на податоци, додека одржува ниска стапка на губење на податоци, отворајќи го патот за ефикасни и сигурни безжични мрежи со голема брзина.
Тимот зад овој пресвртник го сочинуваат професорот Витават Витајачумнанкул од Факултетот за електротехника и машинско инженерство при Универзитетот во Аделаида, д-р Веиџие Гао, сега постдокторски истражувач на Универзитетот во Осака, и професорот Масајуки Фуџита.
Професорот Витајачумнанкул изјави: „Предложениот поларизациски мултиплексер овозможува истовремено пренесување на повеќе потоци на податоци во истиот фреквентен опсег, со што ефикасно се удвојува капацитетот на податоци.“ Релативниот пропусен опсег постигнат од уредот е без преседан во кој било фреквентен опсег, што претставува значаен скок за интегрираните мултиплексери.
Поларизациските мултиплексери се неопходни во модерната комуникација бидејќи овозможуваат повеќе сигнали да го делат истиот фреквенциски опсег, значително зголемувајќи го капацитетот на каналот.
Новиот уред го постигнува ова со користење на конусни насочни спојки и анизотропно ефикасно обложување на медиумот. Овие компоненти ја подобруваат двојната рефренкција на поларизацијата, што резултира со висок однос на екстинкција на поларизацијата (PER) и широк пропусен опсег - клучни карактеристики на ефикасните терахерцни комуникациски системи.
За разлика од традиционалните дизајни кои се потпираат на сложени и фреквентно зависни асиметрични брановоди, новиот мултиплексер користи анизотропно обложување со само мала фреквентна зависност. Овој пристап целосно го користи големиот пропусен опсег што го обезбедуваат конусните спојки.
Резултатот е фракционозен пропусен опсег близу 40%, просечен PER што надминува 20 dB и минимална загуба на вметнување од приближно 1 dB. Овие метрики за перформанси далеку ги надминуваат оние на постојните оптички и микробранови дизајни, кои често страдаат од тесен пропусен опсег и голема загуба.
Работата на истражувачкиот тим не само што ја подобрува ефикасноста на терахерцните системи, туку и ги поставува темелите за нова ера во безжичната комуникација. Д-р Гао забележа: „Оваа иновација е клучен двигател во отклучувањето на потенцијалот на терахерцната комуникација“. Апликациите вклучуваат видео стриминг со висока дефиниција, зголемена реалност и мобилни мрежи од следната генерација како 6G.
Традиционалните терахерцни решенија за управување со поларизацијата, како што се ортогоналните преобразувачи на режим (OMT) базирани на правоаголни метални брановоди, се соочуваат со значителни ограничувања. Металните брановоди доживуваат зголемени омски загуби на повисоки фреквенции, а нивните производствени процеси се сложени поради строгите геометриски барања.
Оптичките поларизациски мултиплексери, вклучувајќи ги и оние што користат Мах-Цендерови интерферометри или фотонски кристали, нудат подобра интеграбилност и помали загуби, но честопати бараат компромиси помеѓу пропусниот опсег, компактноста и комплексноста на производството.
Насочните спојници се широко користени во оптичките системи и бараат силна поларизациски дворефренција за да се постигне компактна големина и висок PER. Сепак, тие се ограничени од тесен пропусен опсег и чувствителност на производствените толеранции.
Новиот мултиплексер ги комбинира предностите на конусните насочни спојки и ефикасното средно обложување, надминувајќи ги овие ограничувања. Анизотропното обложување покажува значителна дворефрингентност, обезбедувајќи висок PER низ широк пропусен опсег. Овој принцип на дизајн означува отстапување од традиционалните методи, обезбедувајќи скалабилно и практично решение за терахерцна интеграција.
Експерименталната валидација на мултиплексерот ги потврди неговите исклучителни перформанси. Уредот работи ефикасно во опсегот од 225-330 GHz, постигнувајќи фракционозен пропусен опсег од 37,8%, додека одржува PER над 20 dB. Неговата компактна големина и компатибилност со стандардните производствени процеси го прават погоден за масовно производство.
Д-р Гао забележа: „Оваа иновација не само што ја подобрува ефикасноста на терахерцните комуникациски системи, туку и го отвора патот за помоќни и посигурни безжични мрежи со голема брзина“.
Потенцијалните примени на оваа технологија се протегаат надвор од рамките на комуникациските системи. Со подобрување на искористувањето на спектарот, мултиплексерот може да поттикне напредок во области како што се радарот, снимањето и Интернетот на нештата. „Во рок од една деценија, очекуваме овие терахерцни технологии да бидат широко усвоени и интегрирани во различни индустрии“, изјави професорот Витајачумнанкул.
Мултиплексерот може беспрекорно да се интегрира и со претходни уреди за формирање зраци развиени од тимот, овозможувајќи напредни комуникациски функционалности на унифицирана платформа. Оваа компатибилност ја истакнува разновидноста и скалабилноста на ефективната платформа за диелектрични бранови води со медиумска обвивка.
Резултатите од истражувањето на тимот се објавени во списанието „Laser & Photonic Reviews“, нагласувајќи го нивното значење во унапредувањето на фотонската терахерцна технологија. Професорот Фуџита забележа: „Со надминување на критичните технички бариери, се очекува оваа иновација да го стимулира интересот и истражувачката активност во оваа област“.
Истражувачите очекуваат дека нивната работа ќе инспирира нови апликации и понатамошни технолошки подобрувања во наредните години, што на крајот ќе доведе до комерцијални прототипови и производи.
Овој мултиплексер претставува значаен чекор напред во отклучувањето на потенцијалот на терахерцната комуникација. Поставува нов стандард за интегрирани терахерцни уреди со своите невидени метрики за перформанси.
Бидејќи побарувачката за комуникациски мрежи со голема брзина и голем капацитет продолжува да расте, ваквите иновации ќе играат клучна улога во обликувањето на иднината на безжичната технологија.
Време на објавување: 16 декември 2024 година