Isang bagong uri ng terahertz multiplexer ang nagdoble sa kapasidad ng data at lubos na nagpahusay sa komunikasyon ng 6G na may walang kapantay na 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 sa mga susunod pang henerasyon. (Pinagmulan ng larawan: Getty Images)
Ang susunod na henerasyon ng wireless na komunikasyon, na kinakatawan ng teknolohiyang terahertz, ay nangangakong babaguhin nang lubusan ang pagpapadala ng datos.
Ang mga sistemang ito ay gumagana sa mga frequency na terahertz, na nag-aalok ng walang kapantay na bandwidth para sa napakabilis na pagpapadala at komunikasyon ng data. Gayunpaman, upang lubos na maisakatuparan ang potensyal na ito, kailangang malampasan ang mga mahahalagang teknikal na hamon, lalo na sa pamamahala at epektibong paggamit ng magagamit na spectrum.
Isang makabagong pagsulong ang tumugon sa hamong ito: ang unang ultra-wideband integrated terahertz polarization (de)multiplexer na naisakatuparan sa isang substrate-free silicon platform.
Ang makabagong disenyong ito ay naka-target sa sub-terahertz J band (220-330 GHz) at naglalayong baguhin ang komunikasyon para sa 6G at sa mga susunod pang henerasyon. Epektibong dinoble ng aparato ang kapasidad ng data habang pinapanatili ang mababang rate ng pagkawala ng data, na nagbubukas ng daan para sa mahusay at maaasahang high-speed wireless networks.
Kabilang sa pangkat sa likod ng mahalagang tagumpay na ito sina Propesor Withawat Withayachumnankul mula sa School of Electrical and Mechanical Engineering ng University of Adelaide, si Dr. Weijie Gao, na ngayon ay isang postdoctoral researcher sa Osaka University, at si Propesor Masayuki Fujita.
Sinabi ni Propesor Withayachumnankul, "Ang iminungkahing polarization multiplexer ay nagbibigay-daan sa maraming 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 nakamit ng aparato ay walang katulad sa anumang saklaw ng frequency, na kumakatawan sa isang makabuluhang hakbang para sa mga integrated multiplexer.
Mahalaga ang mga polarization multiplexer sa modernong komunikasyon dahil pinapayagan nito ang maraming signal na magbahagi ng parehong frequency band, na makabuluhang nagpapahusay sa kapasidad ng channel.
Nakakamit ito ng bagong aparato sa pamamagitan ng paggamit ng mga conical directional coupler at anisotropic effective medium cladding. Pinahuhusay 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 mga sistema ng komunikasyon na terahertz.
Hindi tulad ng mga tradisyunal na disenyo na umaasa sa mga kumplikado at frequency-dependent asymmetric waveguide, ang bagong multiplexer ay gumagamit ng anisotropic cladding na may kaunting frequency dependence lamang. Ganap na ginagamit ng pamamaraang ito ang sapat na bandwidth na ibinibigay ng mga conical coupler.
Ang resulta ay isang fractional bandwidth na malapit sa 40%, isang average na PER na lumalagpas sa 20 dB, at isang minimum na insertion loss na humigit-kumulang 1 dB. Ang mga sukatan ng pagganap na ito ay higit na nakahigitan sa mga umiiral na disenyo ng optical at microwave, na kadalasang dumaranas ng makitid na bandwidth at mataas na loss.
Ang gawain ng pangkat ng pananaliksik ay hindi lamang nagpapahusay sa kahusayan ng mga sistemang terahertz kundi naglalatag din ng pundasyon para sa isang bagong panahon sa komunikasyong wireless. Binanggit ni Dr. Gao, "Ang inobasyon na ito ay isang mahalagang tagapagtaguyod sa pagbubukas ng potensyal ng komunikasyong terahertz." Kabilang sa mga aplikasyon ang high-definition video streaming, augmented reality, at mga susunod na henerasyong mobile network tulad ng 6G.
Ang mga tradisyunal na solusyon sa pamamahala ng terahertz polarization, tulad ng mga orthogonal mode transducers (OMT) na nakabatay sa mga parihabang metal waveguide, ay nahaharap sa mga makabuluhang limitasyon. Ang mga metal waveguide ay nakakaranas ng mas mataas na ohmic losses sa mas matataas na frequency, at ang mga proseso ng paggawa ng mga ito ay kumplikado dahil sa mahigpit na mga kinakailangan sa geometric.
Ang mga optical polarization multiplexer, kabilang ang mga gumagamit ng Mach-Zehnder interferometer o photonic crystals, ay nag-aalok ng mas mahusay na integrability at mas mababang losses ngunit kadalasang nangangailangan ng mga trade-off sa pagitan ng bandwidth, compactness, at manufacturing complexity.
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, limitado ang mga ito ng makitid na bandwidth at sensitivity sa mga manufacturing tolerance.
Pinagsasama ng bagong multiplexer ang mga bentahe ng conical directional couplers at epektibong medium cladding, na nalalampasan ang mga limitasyong ito. Ang anisotropic cladding ay nagpapakita ng makabuluhang birefringence, na tinitiyak ang mataas na PER sa malawak na bandwidth. Ang prinsipyo ng disenyo na ito ay nagmamarka ng isang pag-alis mula sa mga tradisyonal na pamamaraan, na nagbibigay ng isang scalable at praktikal na solusyon para sa terahertz integration.
Kinumpirma ng eksperimental na pagpapatunay ng multiplexer ang pambihirang pagganap nito. Ang aparato ay mahusay na gumagana sa saklaw na 225-330 GHz, na nakamit ang fractional bandwidth na 37.8% habang pinapanatili ang PER na higit sa 20 dB. Ang siksik na laki at pagiging tugma nito sa mga karaniwang proseso ng pagmamanupaktura ay ginagawa itong angkop para sa malawakang produksyon.
Sinabi ni Dr. Gao, "Ang inobasyong ito ay hindi lamang nagpapahusay sa kahusayan ng mga sistema ng komunikasyon na terahertz kundi nagbubukas din ng daan para sa mas malakas at maaasahang mga high-speed wireless network."
Ang mga potensyal na aplikasyon ng teknolohiyang ito ay higit pa sa mga sistema ng komunikasyon. Sa pamamagitan ng pagpapabuti ng paggamit ng spectrum, ang multiplexer ay maaaring magtulak 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 malawakang iaangkop at maisasama sa iba't ibang industriya," sabi ni Propesor Withayachumnankul.
Maaari ring maayos na maisama ang multiplexer sa mga naunang beamforming device na binuo ng pangkat, na nagbibigay-daan sa mga advanced na functionality ng komunikasyon sa isang pinag-isang plataporma. Itinatampok ng compatibility na ito ang versatility at scalability ng epektibong medium-clad dielectric waveguide platform.
Ang mga natuklasan sa pananaliksik ng pangkat ay nailathala sa journal na Laser & Photonic Reviews, na nagbibigay-diin sa kahalagahan ng mga ito sa pagpapaunlad ng teknolohiya ng photonic terahertz. Sinabi ni Propesor Fujita, "Sa pamamagitan ng pagdaig sa mga kritikal na teknikal na hadlang, inaasahang mapapasigla ng inobasyong ito ang interes at aktibidad sa pananaliksik sa larangan."
Inaasahan ng mga mananaliksik na ang kanilang trabaho ay magbibigay inspirasyon sa mga bagong aplikasyon at karagdagang mga pagpapabuti sa teknolohiya sa mga darating na taon, na sa huli ay hahantong sa mga komersyal na prototype at produkto.
Ang multiplexer na ito ay kumakatawan sa isang mahalagang hakbang pasulong sa pagbubukas ng potensyal ng komunikasyon ng terahertz. Nagtatakda ito ng isang bagong pamantayan para sa mga integrated terahertz device gamit ang mga walang kapantay na sukatan ng pagganap nito.
Habang patuloy na lumalaki ang pangangailangan para sa mga high-speed at high-capacity na network ng komunikasyon, ang mga naturang inobasyon ay gaganap ng mahalagang papel sa paghubog ng kinabukasan ng wireless technology.
Oras ng pag-post: Disyembre 16, 2024