'n Nuwe tipe terahertz-multiplekser het datakapasiteit verdubbel en 6G-kommunikasie aansienlik verbeter met ongekende bandwydte en lae dataverlies.
Navorsers het 'n superwyeband-terahertz-multiplekser bekendgestel wat datakapasiteit verdubbel en revolusionêre vooruitgang na 6G en verder bring. (Beeldbron: Getty Images)
Die volgende generasie draadlose kommunikasie, verteenwoordig deur terahertz-tegnologie, belowe om data-oordrag te revolusioneer.
Hierdie stelsels werk teen terahertz-frekwensies en bied ongeëwenaarde bandwydte vir ultrasnelle data-oordrag en kommunikasie. Om hierdie potensiaal egter ten volle te verwesenlik, moet beduidende tegniese uitdagings oorkom word, veral in die bestuur en effektiewe benutting van die beskikbare spektrum.
'n Baanbrekende vooruitgang het hierdie uitdaging aangespreek: die eerste ultra-wyeband geïntegreerde terahertz polarisasie (de)multiplekser gerealiseer op 'n substraatvrye silikonplatform.
Hierdie innoverende ontwerp teiken die sub-terahertz J-band (220-330 GHz) en beoog om kommunikasie vir 6G en verder te transformeer. Die toestel verdubbel effektief datakapasiteit terwyl dit 'n lae dataverlieskoers handhaaf, wat die weg baan vir doeltreffende en betroubare hoëspoed-draadlose netwerke.
Die span agter hierdie mylpaal sluit in professor Withawat Withayachumnankul van die Universiteit van Adelaide se Skool vir Elektriese en Meganiese Ingenieurswese, dr. Weijie Gao, nou 'n postdoktorale navorser aan die Universiteit van Osaka, en professor Masayuki Fujita.
Professor Withayachumnankul het gesê: "Die voorgestelde polarisasiemultiplekser laat toe dat verskeie datastrome gelyktydig binne dieselfde frekwensieband oorgedra word, wat die datakapasiteit effektief verdubbel." Die relatiewe bandwydte wat deur die toestel bereik word, is ongekend oor enige frekwensiebereik, wat 'n beduidende sprong vir geïntegreerde multipleksers verteenwoordig.
Polarisasiemultipleksers is noodsaaklik in moderne kommunikasie, aangesien hulle verskeie seine in staat stel om dieselfde frekwensieband te deel, wat die kanaalkapasiteit aansienlik verbeter.
Die nuwe toestel bereik dit deur koniese rigtingkoppelaars en anisotropiese effektiewe mediumbekleding te gebruik. Hierdie komponente verbeter polarisasie-dubbelbreking, wat lei tot 'n hoë polarisasie-uitsterwingsverhouding (PER) en wye bandwydte – sleutelkenmerke van doeltreffende terahertz-kommunikasiestelsels.
Anders as tradisionele ontwerpe wat staatmaak op komplekse en frekwensie-afhanklike asimmetriese golfgidse, gebruik die nuwe multiplekser anisotropiese bekleding met slegs geringe frekwensie-afhanklikheid. Hierdie benadering benut die ruim bandwydte wat deur die koniese koppelaars verskaf word, ten volle.
Die resultaat is 'n fraksionele bandwydte van byna 40%, 'n gemiddelde PER van meer as 20 dB, en 'n minimum invoegverlies van ongeveer 1 dB. Hierdie prestasiemetrieke oortref dié van bestaande optiese en mikrogolfontwerpe, wat dikwels aan nou bandwydte en hoë verlies ly.
Die navorsingspan se werk verbeter nie net die doeltreffendheid van terahertz-stelsels nie, maar lê ook die grondslag vir 'n nuwe era in draadlose kommunikasie. Dr. Gao het opgemerk: "Hierdie innovasie is 'n sleuteldrywer in die ontsluiting van die potensiaal van terahertz-kommunikasie." Toepassings sluit in hoëdefinisie-videostroming, toegevoegde realiteit en volgende-generasie mobiele netwerke soos 6G.
Tradisionele terahertz-polarisasiebestuursoplossings, soos ortogonale modus-transducers (OMT's) gebaseer op reghoekige metaalgolfgidse, staar beduidende beperkings in die gesig. Metaalgolfgidse ervaar verhoogde ohmiese verliese by hoër frekwensies, en hul vervaardigingsprosesse is kompleks as gevolg van streng geometriese vereistes.
Optiese polarisasiemultipleksers, insluitend dié wat Mach-Zehnder-interferometers of fotoniese kristalle gebruik, bied beter integreerbaarheid en laer verliese, maar vereis dikwels afwegings tussen bandwydte, kompaktheid en vervaardigingskompleksiteit.
Rigtingkoppelaars word wyd gebruik in optiese stelsels en benodig sterk polarisasie-dubbelbreking om kompakte grootte en hoë PER te bereik. Hulle word egter beperk deur nou bandwydte en sensitiwiteit vir vervaardigingstoleransies.
Die nuwe multiplekser kombineer die voordele van koniese rigtingkoppelaars en effektiewe mediumbekleding en oorkom hierdie beperkings. Die anisotropiese bekleding vertoon beduidende dubbelbreking, wat hoë PER oor 'n wye bandwydte verseker. Hierdie ontwerpbeginsel is 'n afwyking van tradisionele metodes en bied 'n skaalbare en praktiese oplossing vir terahertz-integrasie.
Eksperimentele validering van die multiplekser het sy uitsonderlike werkverrigting bevestig. Die toestel werk doeltreffend in die 225-330 GHz-reeks en bereik 'n fraksionele bandwydte van 37.8% terwyl 'n PER bo 20 dB gehandhaaf word. Die kompakte grootte en versoenbaarheid met standaard vervaardigingsprosesse maak dit geskik vir massaproduksie.
Dr. Gao het opgemerk: "Hierdie innovasie verbeter nie net die doeltreffendheid van terahertz-kommunikasiestelsels nie, maar baan ook die weg vir kragtiger en betroubaarder hoëspoed-draadlose netwerke."
Die potensiële toepassings van hierdie tegnologie strek verder as kommunikasiestelsels. Deur die verbetering van spektrumbenutting kan die multiplekser vooruitgang in velde soos radar, beeldvorming en die Internet van Dinge dryf. "Binne 'n dekade verwag ons dat hierdie terahertz-tegnologieë wyd aanvaar en geïntegreer sal word in verskeie industrieë," het professor Withayachumnankul gesê.
Die multiplekser kan ook naatloos geïntegreer word met vroeëre straalvormingstoestelle wat deur die span ontwikkel is, wat gevorderde kommunikasiefunksionaliteite op 'n verenigde platform moontlik maak. Hierdie versoenbaarheid beklemtoon die veelsydigheid en skaalbaarheid van die effektiewe medium-beklede diëlektriese golfgeleierplatform.
Die span se navorsingsbevindinge is gepubliseer in die tydskrif Laser & Photonic Reviews, wat die belangrikheid daarvan in die bevordering van fotoniese terahertz-tegnologie beklemtoon. Professor Fujita het opgemerk: "Deur kritieke tegniese hindernisse te oorkom, word verwag dat hierdie innovasie belangstelling en navorsingsaktiwiteit in die veld sal stimuleer."
Die navorsers verwag dat hul werk nuwe toepassings en verdere tegnologiese verbeterings in die komende jare sal inspireer, wat uiteindelik tot kommersiële prototipes en produkte sal lei.
Hierdie multiplekser verteenwoordig 'n beduidende stap vorentoe in die ontsluiting van die potensiaal van terahertz-kommunikasie. Dit stel 'n nuwe standaard vir geïntegreerde terahertz-toestelle met sy ongekende werkverrigtingsmetings.
Namate die vraag na hoëspoed-, hoëkapasiteit-kommunikasienetwerke aanhou groei, sal sulke innovasies 'n deurslaggewende rol speel in die vorming van die toekoms van draadlose tegnologie.
Plasingstyd: 16 Desember 2024