Нов ултраширокопојасен електро-оптички модулатор од 997 GHz

Нов ултраширок опсег од 997 GHzелектро-оптички модулатор

Нов ултраширокопојасен електрооптички модулатор постави рекорд за пропусен опсег од 997 GHz

Неодамна, истражувачки тим во Цирих, Швајцарија, успешно разви ултраширокопојасен електрооптички модулатор кој работи на фреквенции од 10 MHz до 1,14 THz, поставувајќи рекорд за пропусен опсег од 3 dB на 997 GHz, што е двојно повеќе од сегашниот рекорд. Овој пробив се припишува на оптимизираниот дизајн на плазма модулаторите, отворајќи сосема нов простор за идните терахерцни фотонски интегрирани кола (PIC).

Во моментов, безжичната комуникација главно се потпира на микробранови и милиметарски бранови, но спектралните ресурси на овие фреквенциски опсези имаат тенденција да бидат заситени. Иако оптичката комуникација има голем пропусен опсег, таа не може директно да се користи за безжичен пренос во слободен простор. Затоа, THz комуникацијата се смета за „златен мост“ што ги поврзува безжичните и фибер-оптичките мрежи, обезбедувајќи идеално решение за 6G и комуникациски системи со поголема брзина. Проблемот лежи во тоа што перформансите на постојните електро-оптички модулатори (како што сеLiNbO₃ модулатор, InGaAs и материјали базирани на силициум) во фреквенцискиот опсег THz е далеку од доволен. Слабеењето на сигналот е очигледно. Работниот пропусен опсег е само околу 14 GHz, а максималната фреквенција на носителот е само 100 GHz, што е далеку од исполнување на стандардите потребни за THz комуникација. Во овој напис, истражувачите развија нов модулатор базиран на плазма, успешно зголемувајќи го пропусниот опсег од 3 dB на 997 GHz, што е двојно повеќе од моменталниот рекорд, како што е прикажано на Слика 1. Овој пробив не само што ги крши ограничувањата на традиционалните технологии, туку и го проширува патот за идниот развој на THz комуникацијата!

Слика 1 Плазма електро-оптички модулатор со THz пропусен опсег

Основниот пробив на овој нов тип модулатор лежи во високата технологија наречена „ефект на плазма“. Замислете дека кога светлината свети на површината на метална наноструктура, таа резонира со електроните во материјалот - електроните осцилираат колективно управувани од светлината, формирајќи посебен вид бран. Токму оваа флуктуација овозможувамодулаторза манипулирање со оптички сигнали со исклучително висока ефикасност. Експерименталните резултати покажуваат дека модулаторот покажува добри карактеристики на модулација во опсегот од DC (еднонасочна струја) до 1,14 THz и има стабилно засилување во фреквенцискиот опсег од 500 GHz до 800 GHz.

За длабинско проучување на механизмот на работа на модулаторот, истражувачкиот тим конструираше детален еквивалентен модел на коло и го анализираше влијанието на различните структурни параметри врз перформансите на модулаторот преку симулација. Експерименталните резултати се во добра согласност со теоретскиот модел, дополнително потврдувајќи ја ефикасноста и стабилноста на модулаторот. Покрај тоа, истражувачите предложија план за подобрување. Се очекува дека преку оптимизиран дизајн, работната фреквенција на овој модулатор може да надмине 1 THz во иднина, па дури и да достигне над 2 THz!

Оваа студија го покажува големиот потенцијал на плазматаелектро-оптички модулаториво THz комуникација и фотонски интегрирани кола (PIC). Овој уред, со своите карактеристики на ултраширокопојасен опсег, висока ефикасност и интеграбилност, обезбедува сосема ново решение за THz модулација на сигналот. Во иднина, со понатамошна оптимизација на дизајнот и производствените процеси на уредите, се очекува работната фреквенција на плазма модулаторите да надмине 2 THz, постигнувајќи повисоки брзини на пренос на податоци и поширока покриеност на спектарот. Доаѓањето на THz ерата не само што значи побрз пренос на податоци и попрецизни можности за мерење, туку ќе ја промовира и длабоката интеграција на повеќе области како што се безжичната комуникација, оптичкото пресметување и интелигентното откривање. Пробивот на плазма електро-оптичките модулатори може да стане клучен чекор што ќе го води развојот на THz технологијата, обезбедувајќи основа за брза меѓусебна поврзаност на идното информатичко општество.