Az új típusú terahertzes multiplexer megduplázta az adatkapacitást, és jelentősen megnövelte a 6G kommunikációt, példátlan sávszélességgel és alacsony adatvesztéssel.
A kutatók egy szuperszéles sávú terahertz multiplexert mutattak be, amely megduplázza az adatkapacitást, és forradalmi fejlesztéseket hoz a 6G és azon túlmenően. (Kép forrása: Getty Images)
A terahertz technológia által képviselt következő generációs vezeték nélküli kommunikáció az adatátvitel forradalmasítását ígéri.
Ezek a rendszerek terahertzes frekvencián működnek, és páratlan sávszélességet kínálnak az ultragyors adatátvitelhez és kommunikációhoz. Ennek a lehetőségnek a teljes kiaknázásához azonban jelentős technikai kihívásokat kell leküzdeni, különösen a rendelkezésre álló spektrum kezelésében és hatékony kihasználásában.
Egy úttörő fejlesztés megoldotta ezt a kihívást: az első ultraszéles sávú integrált terahertzes polarizációs (de)multiplexer, amelyet szubsztrátmentes szilícium platformon valósítottak meg.
Ez az innovatív kialakítás a terahertz alatti J sávot célozza meg (220-330 GHz), és célja a kommunikáció átalakítása a 6G és azon túlmenően. Az eszköz hatékonyan megduplázza az adatkapacitást, miközben fenntartja az alacsony adatvesztési arányt, megnyitva az utat a hatékony és megbízható, nagy sebességű vezeték nélküli hálózatok felé.
A mérföldkő mögött álló csapatban Withawat Withayachumnankul professzor, az Adelaide-i Egyetem Villamos- és Gépészmérnöki Karának munkatársa, Dr. Weijie Gao, jelenleg az Osakai Egyetem posztdoktori kutatója és Masayuki Fujita professzor.
Withayachumnankul professzor kijelentette: "A javasolt polarizációs multiplexer lehetővé teszi több adatfolyam egyidejű továbbítását ugyanazon a frekvenciasávon belül, hatékonyan megkétszerezve az adatkapacitást." Az eszköz által elért relatív sávszélesség minden frekvenciatartományban példátlan, ami jelentős ugrást jelent az integrált multiplexerek számára.
A polarizációs multiplexerek elengedhetetlenek a modern kommunikációban, mivel lehetővé teszik, hogy több jel ugyanazon a frekvenciasávon osztozzon, jelentősen növelve a csatorna kapacitását.
Az új készülék ezt kúpos iránycsatolókkal és anizotróp hatásos közegburkolattal éri el. Ezek az összetevők fokozzák a polarizációs kettős törést, ami magas polarizációs kioltási arányt (PER) és széles sávszélességet eredményez – ez a hatékony terahertzes kommunikációs rendszerek fő jellemzői.
Ellentétben a hagyományos kialakításokkal, amelyek összetett és frekvenciafüggő aszimmetrikus hullámvezetőkre támaszkodnak, az új multiplexer anizotrop burkolatot alkalmaz, csak csekély frekvenciafüggéssel. Ez a megközelítés teljes mértékben kihasználja a kúpos csatolók által biztosított bőséges sávszélességet.
Az eredmény egy közel 40 sávszélesség, az átlagos PER meghaladja a 20 dB-t, és a minimális beillesztési veszteség körülbelül 1 dB. Ezek a teljesítménymutatók messze felülmúlják a meglévő optikai és mikrohullámú kialakításokat, amelyek gyakran szűk sávszélességtől és nagy veszteségtől szenvednek.
A kutatócsoport munkája nemcsak a terahertzes rendszerek hatékonyságát növeli, hanem a vezeték nélküli kommunikáció új korszakának alapjait is lefekteti. Dr. Gao megjegyezte: "Ez az innováció kulcsfontosságú tényező a terahertzes kommunikációban rejlő lehetőségek felszabadításában." Az alkalmazások közé tartozik a nagyfelbontású videó streaming, a kiterjesztett valóság és a következő generációs mobilhálózatok, például a 6G.
A hagyományos terahertzes polarizációkezelési megoldások, mint például a téglalap alakú fém hullámvezetőkön alapuló ortogonális módusú átalakítók (OMT-k), jelentős korlátokkal szembesülnek. A fémhullámvezetők megnövekedett ohmos veszteséget tapasztalnak magasabb frekvenciákon, és gyártási folyamataik bonyolultak a szigorú geometriai követelmények miatt.
Az optikai polarizációs multiplexerek, beleértve a Mach-Zehnder interferométereket vagy fotonikus kristályokat használókat is, jobb integrálhatóságot és alacsonyabb veszteséget kínálnak, de gyakran kompromisszumot igényelnek a sávszélesség, a kompaktság és a gyártási összetettség között.
Az irányított csatolókat széles körben használják optikai rendszerekben, és erős polarizációs kettős törést igényelnek a kompakt méret és a magas PER eléréséhez. A szűk sávszélesség és a gyártási tűrésekre való érzékenység azonban korlátozza őket.
Az új multiplexer egyesíti a kúpos iránycsatolók és a hatékony közepes burkolat előnyeit, leküzdve ezeket a korlátokat. Az anizotróp burkolat jelentős kettős törést mutat, magas PER-t biztosítva széles sávszélességen. Ez a tervezési elv a hagyományos módszerektől való eltérést jelzi, és skálázható és praktikus megoldást kínál a terahertzes integrációhoz.
A multiplexer kísérleti validálása megerősítette kivételes teljesítményét. Az eszköz hatékonyan működik a 225-330 GHz-es tartományban, 37,8%-os töredékes sávszélességet ér el, miközben a PER értéket 20 dB felett tartja. Kompakt mérete és a szabványos gyártási folyamatokkal való kompatibilitása alkalmassá teszi tömeggyártásra.
Dr. Gao megjegyezte: "Ez az innováció nem csak a terahertzes kommunikációs rendszerek hatékonyságát növeli, hanem a nagyobb teljesítményű és megbízhatóbb, nagy sebességű vezeték nélküli hálózatok előtt is megnyitja az utat."
A technológia lehetséges alkalmazásai túlmutatnak a kommunikációs rendszereken. A spektrumkihasználás javításával a multiplexer előrelépéseket hajthat végre olyan területeken, mint a radar, a képalkotás és a tárgyak internete. "Azt várjuk, hogy egy évtizeden belül ezeket a terahertzes technológiákat széles körben alkalmazzák és integrálják a különböző iparágakban" - mondta Withayachumnankul professzor.
A multiplexer zökkenőmentesen integrálható a csapat által kifejlesztett korábbi sugárformázó eszközökkel is, így fejlett kommunikációs funkciókat tesz lehetővé egységes platformon. Ez a kompatibilitás kiemeli a hatékony, közepes burkolatú dielektromos hullámvezető platform sokoldalúságát és méretezhetőségét.
A csapat kutatási eredményeit a Laser & Photonic Reviews folyóiratban tették közzé, hangsúlyozva azok jelentőségét a fotonikus terahertz technológia fejlődésében. Fujita professzor megjegyezte: "A kritikus technikai akadályok leküzdésével ez az innováció várhatóan serkenti az érdeklődést és a kutatási tevékenységet a területen."
A kutatók arra számítanak, hogy munkájuk új alkalmazásokat és további technológiai fejlesztéseket inspirál majd az elkövetkező években, ami végső soron kereskedelmi prototípusokhoz és termékekhez vezet.
Ez a multiplexer jelentős előrelépést jelent a terahertzes kommunikációban rejlő lehetőségek kiaknázásában. Példátlan teljesítménymutatóival új mércét állít fel az integrált terahertz eszközök számára.
Mivel a nagy sebességű, nagy kapacitású kommunikációs hálózatok iránti kereslet folyamatosan növekszik, az ilyen innovációk döntő szerepet fognak játszani a vezeték nélküli technológia jövőjének alakításában.
Feladás időpontja: 2024. december 16