Новы тып тэрагерцавага мультыплексара падвоіў ёмістасць перадачы дадзеных і значна палепшыў сувязь 6G з беспрэцэдэнтнай прапускной здольнасцю і нізкімі стратамі дадзеных.
Даследчыкі прадставілі звышшырокапалосны тэрагерцавы мультыплексар, які падвойвае ёмістасць перадачы дадзеных і прыўносіць рэвалюцыйныя дасягненні ў 6G і далей. (Крыніца выявы: Getty Images)
Бесправадная сувязь наступнага пакалення, прадстаўленая тэрагерцавай тэхналогіяй, абяцае рэвалюцыю ў перадачы дадзеных.
Гэтыя сістэмы працуюць на тэрагерцавых частотах, прапаноўваючы беспрэцэдэнтную прапускную здольнасць для звышхуткай перадачы дадзеных і сувязі. Аднак, каб цалкам рэалізаваць гэты патэнцыял, неабходна пераадолець значныя тэхнічныя праблемы, асабліва ў кіраванні і эфектыўным выкарыстанні даступнага спектру.
Рэвалюцыйны прагрэс вырашыў гэтую праблему: першы звышшырокапалосны інтэграваны тэрагерцавы палярызацыйны (дэ)мультыплексар, рэалізаваны на крэмніевай платформе без падложкі.
Гэтая інавацыйная распрацоўка арыентавана на субтэрагерцавы дыяпазон J (220-330 ГГц) і мае на мэце трансфармацыю сувязі для 6G і далей. Прылада эфектыўна падвойвае ёмістасць перадачы дадзеных, захоўваючы пры гэтым нізкі ўзровень страты дадзеных, адкрываючы шлях для эфектыўных і надзейных высакахуткасных бесправадных сетак.
У каманду, якая стаіць за гэтай важнай падзеяй, уваходзяць прафесар Вітават Вітаячумнанкул са Школы электратэхнікі і машынабудавання Адэлаідскага ўніверсітэта, доктар Вэйцзе Гао, які цяпер з'яўляецца постдактарантам ва Універсітэце Осакі, і прафесар Масаюкі Фудзіта.
Прафесар Вітаячумнанкул заявіў: «Прапанаваны палярызацыйны мультыплексар дазваляе адначасова перадаваць некалькі патокаў дадзеных у адным дыяпазоне частот, эфектыўна падвойваючы ёмістасць перадачы дадзеных». Адносная прапускная здольнасць, дасягнутая прыладай, беспрэцэдэнтная ў любым дыяпазоне частот, што ўяўляе сабой значны скачок для інтэграваных мультыплексараў.
Палярызацыйныя мультыплексары маюць важнае значэнне ў сучаснай сувязі, бо яны дазваляюць некалькім сігналам сумесна выкарыстоўваць адну і тую ж паласу частот, значна павялічваючы прапускную здольнасць канала.
Новая прылада дасягае гэтага дзякуючы выкарыстанню канічных накіраваных адказнікаў і анізатропнай эфектыўнай абалонкі асяроддзя. Гэтыя кампаненты паляпшаюць падвойнае праламленне палярызацыі, што прыводзіць да высокага каэфіцыента палярызацыйнага згасання (PER) і шырокай паласы прапускання — ключавых характарыстык эфектыўных тэрагерцавых сістэм сувязі.
У адрозненне ад традыцыйных канструкцый, якія абапіраюцца на складаныя і частатна-залежныя асіметрычныя хваляводы, новы мультыплексар выкарыстоўвае анізатропную абалонку з нязначнай частатой. Гэты падыход цалкам выкарыстоўвае шырокую прапускную здольнасць, якую забяспечваюць канічныя адказныя элементы.
У выніку атрымліваецца долевая прапускная здольнасць блізкая да 40%, сярэдні PER перавышае 20 дБ, а мінімальныя ўносныя страты складаюць прыблізна 1 дБ. Гэтыя паказчыкі прадукцыйнасці значна пераўзыходзяць існуючыя аптычныя і мікрахвалевыя канструкцыі, якія часта пакутуюць ад вузкай прапускной здольнасці і высокіх страт.
Праца даследчай групы не толькі павышае эфектыўнасць тэрагерцавых сістэм, але і закладвае аснову для новай эры бесправадной сувязі. Доктар Гао адзначыў: «Гэтае новаўвядзенне з'яўляецца ключавым фактарам у раскрыцці патэнцыялу тэрагерцавай сувязі». Прымяненне ўключае струменевае відэа высокай выразнасці, дапоўненую рэальнасць і мабільныя сеткі наступнага пакалення, такія як 6G.
Традыцыйныя рашэнні для кіравання палярызацыяй у тэрагерцавым дыяпазоне, такія як артаганальныя модавыя пераўтваральнікі (ОМП) на аснове прастакутных металічных хваляводаў, сутыкаюцца са значнымі абмежаваннямі. Металічныя хваляводы маюць павышаныя омічныя страты на больш высокіх частотах, а іх вытворчыя працэсы складаныя з-за строгіх геаметрычных патрабаванняў.
Аптычныя палярызацыйныя мультыплексары, у тым ліку тыя, што выкарыстоўваюць інтэрферометры Маха-Цэндэра або фатонныя крышталі, забяспечваюць лепшую інтэгравальнасць і меншыя страты, але часта патрабуюць кампрамісаў паміж прапускной здольнасцю, кампактнасцю і складанасцю вытворчасці.
Накіраваныя адгалінавальнікі шырока выкарыстоўваюцца ў аптычных сістэмах і патрабуюць моцнага палярызацыйнага падвойнага праламлення для дасягнення кампактных памераў і высокага PER. Аднак яны абмежаваныя вузкай паласой прапускання і адчувальнасцю да вытворчых допускаў.
Новы мультыплексар спалучае перавагі канічных накіраваных адказнікаў і эфектыўнай асяроддзевай абалонкі, пераадольваючы гэтыя абмежаванні. Анізатропная абалонка дэманструе значнае падвойнае праламленне, што забяспечвае высокі PER па ўсёй шырокай паласе прапускання. Гэты прынцып канструкцыі азначае адыход ад традыцыйных метадаў, прапаноўваючы маштабуемае і практычнае рашэнне для інтэграцыі тэрагерцавага дыяпазону.
Эксперыментальная праверка мультыплексара пацвердзіла яго выключную прадукцыйнасць. Прылада эфектыўна працуе ў дыяпазоне 225-330 ГГц, дасягаючы долевай прапускной здольнасці 37,8% пры захаванні PER вышэй за 20 дБ. Яго кампактны памер і сумяшчальнасць са стандартнымі вытворчымі працэсамі робяць яго прыдатным для масавай вытворчасці.
Доктар Гао адзначыў: «Гэтае новаўвядзенне не толькі павышае эфектыўнасць тэрагерцавых сістэм сувязі, але і адкрывае шлях для больш магутных і надзейных высакахуткасных бесправадных сетак».
Патэнцыйныя сферы прымянення гэтай тэхналогіі выходзяць за рамкі сістэм сувязі. Паляпшаючы выкарыстанне спектру, мультыплексар можа спрыяць прагрэсу ў такіх галінах, як радар, візуалізацыя і Інтэрнэт рэчаў. «Мы чакаем, што на працягу дзесяцігоддзя гэтыя тэрагерцавыя тэхналогіі будуць шырока ўкараняцца і інтэгравацца ў розныя галіны прамысловасці», — заявіў прафесар Вітаячумнанкул.
Мультыплексар таксама можа быць лёгка інтэграваны з папярэднімі прыладамі фармавання прамяня, распрацаванымі камандай, што дазваляе рэалізоўваць пашыраныя камунікацыйныя функцыі на адзінай платформе. Гэтая сумяшчальнасць падкрэслівае ўніверсальнасць і маштабаванасць эфектыўнай платформы дыэлектрычных хваляводаў з асяроддзем-абалонкай.
Вынікі даследавання каманды былі апублікаваныя ў часопісе Laser & Photonic Reviews, дзе падкрэсліваецца іх значнасць у развіцці фатоннай тэрагерцавай тэхналогіі. Прафесар Фуджыта адзначыў: «Пераадольваючы крытычныя тэхнічныя бар'еры, чакаецца, што гэтая інавацыя стымулюе цікавасць і даследчую актыўнасць у гэтай галіне».
Даследчыкі чакаюць, што іх праца натхніць на новыя прымяненні і далейшыя тэхналагічныя ўдасканаленні ў бліжэйшыя гады, што ў канчатковым выніку прывядзе да камерцыйных прататыпаў і прадуктаў.
Гэты мультыплексар уяўляе сабой значны крок наперад у раскрыцці патэнцыялу тэрагерцавай сувязі. Ён усталёўвае новы стандарт для інтэграваных тэрагерцавых прылад дзякуючы сваім беспрэцэдэнтным паказчыкам прадукцыйнасці.
Паколькі попыт на высакахуткасныя сеткі сувязі з высокай прапускной здольнасцю працягвае расці, такія інавацыі будуць адыгрываць вырашальную ролю ў фарміраванні будучыні бесправадных тэхналогій.
Час публікацыі: 16 снежня 2024 г.