Ang isang bagong uri ng terahertz multiplexer ay nadoble ang kapasidad ng data at makabuluhang pinahusay ang 6G na komunikasyon na may hindi pa nagagawang bandwidth at mababang pagkawala ng data.
Ipinakilala ng mga mananaliksik ang isang super-wide band terahertz multiplexer na nagdodoble sa kapasidad ng data at nagdadala ng mga rebolusyonaryong pagsulong sa 6G at higit pa. (Pinagmulan ng larawan: Getty Images)
Ang susunod na henerasyong wireless na komunikasyon, na kinakatawan ng teknolohiyang terahertz, ay nangangako na babaguhin ang paghahatid ng data.
Gumagana ang mga system na ito sa mga terahertz frequency, na nag-aalok ng walang kapantay na bandwidth para sa napakabilis na paghahatid ng data at komunikasyon. Gayunpaman, upang ganap na maisakatuparan ang potensyal na ito, ang mga makabuluhang teknikal na hamon ay dapat na mapagtagumpayan, lalo na sa pamamahala at epektibong paggamit ng magagamit na spectrum.
Isang groundbreaking na pagsulong ang tumugon sa hamon na ito: ang unang ultra-wideband integrated terahertz polarization (de)multiplexer na natanto sa isang substrate-free na silicon na platform.
Ang makabagong disenyong ito ay nagta-target sa sub-terahertz J band (220-330 GHz) at naglalayong baguhin ang komunikasyon para sa 6G at higit pa. Ang aparato ay epektibong nagdodoble ng kapasidad ng data habang pinapanatili ang isang mababang rate ng pagkawala ng data, na nagbibigay ng daan para sa mahusay at maaasahang mga high-speed na wireless network.
Kasama sa koponan sa likod ng milestone na ito si Propesor Withawat Withayachumnankul mula sa University of Adelaide's School of Electrical and Mechanical Engineering, Dr. Weijie Gao, ngayon ay postdoctoral researcher sa Osaka University, at Propesor Masayuki Fujita.
Sinabi ni Propesor Withayachumnankul, "Ang iminungkahing polarization multiplexer ay nagpapahintulot sa maramihang mga stream ng data na maipadala nang sabay-sabay sa loob ng parehong frequency band, na epektibong nagdodoble sa kapasidad ng data." Ang relatibong bandwidth na natamo ng device ay hindi pa nagagawa sa anumang hanay ng frequency, na kumakatawan sa isang makabuluhang paglukso para sa pinagsama-samang mga multiplexer.
Ang mga polarization multiplexer ay mahalaga sa modernong komunikasyon dahil pinapagana nila ang maraming signal na magbahagi ng parehong frequency band, na makabuluhang nagpapahusay sa kapasidad ng channel.
Nakakamit ito ng bagong device sa pamamagitan ng paggamit ng conical directional couplers at anisotropic effective medium cladding. Pinapahusay ng mga bahaging ito ang polarization birefringence, na nagreresulta sa mataas na polarization extinction ratio (PER) at malawak na bandwidth—mga pangunahing katangian ng mahusay na sistema ng komunikasyon ng terahertz.
Hindi tulad ng mga tradisyunal na disenyo na umaasa sa mga kumplikado at umaasa sa dalas na asymmetric waveguides, ang bagong multiplexer ay gumagamit ng anisotropic cladding na may kaunting frequency dependence lamang. Ganap na ginagamit ng diskarteng ito ang sapat na bandwidth na ibinigay ng mga conical coupler.
Ang resulta ay isang fractional bandwidth na malapit sa 40%, isang average na PER na lumalampas sa 20 dB, at isang minimum na pagkawala ng insertion na humigit-kumulang 1 dB. Ang mga sukatan ng pagganap na ito ay higit na nahihigitan ng mga kasalukuyang disenyo ng optical at microwave, na kadalasang dumaranas ng makitid na bandwidth at mataas na pagkawala.
Ang gawain ng pangkat ng pananaliksik ay hindi lamang nagpapahusay sa kahusayan ng mga sistema ng terahertz ngunit naglalatag din ng batayan para sa isang bagong panahon sa wireless na komunikasyon. Sinabi ni Dr. Gao, "Ang pagbabagong ito ay isang pangunahing driver sa pag-unlock ng potensyal ng terahertz na komunikasyon." Kasama sa mga application ang high-definition na video streaming, augmented reality, at mga susunod na henerasyong mobile network tulad ng 6G.
Ang mga tradisyunal na solusyon sa pamamahala ng polarization ng terahertz, tulad ng mga orthogonal mode transducers (OMTs) batay sa mga rectangular metal waveguides, ay nahaharap sa mga makabuluhang limitasyon. Ang mga metal waveguides ay nakakaranas ng tumaas na pagkalugi ng ohmic sa mas mataas na frequency, at ang kanilang mga proseso sa pagmamanupaktura ay kumplikado dahil sa mahigpit na mga kinakailangan sa geometriko.
Ang mga optical polarization multiplexer, kabilang ang mga gumagamit ng Mach-Zehnder interferometer o photonic crystal, ay nag-aalok ng mas mahusay na integrability at mas mababang pagkalugi ngunit kadalasan ay nangangailangan ng mga trade-off sa pagitan ng bandwidth, pagiging compact, at pagiging kumplikado ng pagmamanupaktura.
Ang mga directional coupler ay malawakang ginagamit sa mga optical system at nangangailangan ng malakas na polarization birefringence upang makamit ang compact size at mataas na PER. Gayunpaman, nililimitahan sila ng makitid na bandwidth at pagiging sensitibo sa mga pagpapaubaya sa pagmamanupaktura.
Pinagsasama ng bagong multiplexer ang mga pakinabang ng conical directional coupler at epektibong medium cladding, na nalampasan ang mga limitasyong ito. Ang anisotropic cladding ay nagpapakita ng makabuluhang birefringence, na tinitiyak ang mataas na PER sa isang malawak na bandwidth. Ang prinsipyo ng disenyo na ito ay nagmamarka ng pag-alis mula sa mga tradisyonal na pamamaraan, na nagbibigay ng nasusukat at praktikal na solusyon para sa pagsasama ng terahertz.
Kinumpirma ng eksperimental na pagpapatunay ng multiplexer ang pambihirang pagganap nito. Mahusay na gumagana ang device sa hanay na 225-330 GHz, na nakakakuha ng fractional bandwidth na 37.8% habang pinapanatili ang PER na higit sa 20 dB. Ang compact size at compatibility nito sa mga karaniwang proseso ng pagmamanupaktura ay ginagawa itong angkop para sa mass production.
Sinabi ni Dr. Gao, "Ang pagbabagong ito ay hindi lamang nagpapahusay sa kahusayan ng mga sistema ng komunikasyon ng terahertz ngunit nagbibigay din ng daan para sa mas malakas at maaasahang mga high-speed wireless network."
Ang mga potensyal na aplikasyon ng teknolohiyang ito ay lumampas sa mga sistema ng komunikasyon. Sa pamamagitan ng pagpapabuti ng paggamit ng spectrum, ang multiplexer ay maaaring magmaneho ng mga pagsulong sa mga larangan tulad ng radar, imaging, at Internet of Things. "Sa loob ng isang dekada, inaasahan namin na ang mga teknolohiyang terahertz na ito ay malawak na pinagtibay at isinama sa iba't ibang industriya," sabi ni Propesor Withayachumnankul.
Ang multiplexer ay maaari ding isama nang walang putol sa mga naunang beamforming device na binuo ng team, na nagpapagana ng mga advanced na functionality ng komunikasyon sa isang pinag-isang platform. Itinatampok ng compatibility na ito ang versatility at scalability ng epektibong medium-clad dielectric waveguide platform.
Ang mga natuklasan sa pananaliksik ng koponan ay nai-publish sa journal Laser & Photonic Reviews, na nagbibigay-diin sa kanilang kahalagahan sa pagsulong ng teknolohiyang photonic terahertz. Sinabi ni Propesor Fujita, "Sa pamamagitan ng pagtagumpayan ng mga kritikal na teknikal na hadlang, ang pagbabagong ito ay inaasahang magpapasigla sa interes at aktibidad ng pananaliksik sa larangan."
Inaasahan ng mga mananaliksik na ang kanilang trabaho ay magbibigay inspirasyon sa mga bagong aplikasyon at karagdagang teknolohikal na pagpapabuti sa mga darating na taon, sa huli ay humahantong sa mga komersyal na prototype at produkto.
Ang multiplexer na ito ay kumakatawan sa isang makabuluhang hakbang pasulong sa pag-unlock sa potensyal ng terahertz na komunikasyon. Nagtatakda ito ng bagong pamantayan para sa mga pinagsama-samang terahertz na device kasama ang mga hindi pa naganap na sukatan ng pagganap nito.
Habang patuloy na lumalaki ang pangangailangan para sa mataas na bilis, mataas na kapasidad na mga network ng komunikasyon, ang mga naturang inobasyon ay gaganap ng mahalagang papel sa paghubog sa hinaharap ng wireless na teknolohiya.
Oras ng post: Dis-16-2024