Nowy ultraszerokopasmowy 997GHzmodulator elektrooptyczny
Nowy ultraszerokopasmowy modulator elektrooptyczny ustanowił rekord przepustowości 997 GHz
Niedawno zespół badawczy w Zurychu w Szwajcarii z powodzeniem opracował ultraszerokopasmowy modulator elektrooptyczny, który działa w zakresie częstotliwości od 10 MHz do 1,14 THz, ustanawiając rekord szerokości pasma 3 dB przy 997 GHz, co jest dwa razy więcej niż obecny rekord. To przełomowe osiągnięcie przypisuje się zoptymalizowanej konstrukcji modulatorów plazmowych, otwierając zupełnie nową przestrzeń dla przyszłych terahercowych fotonicznych układów scalonych (PIC).
Obecnie komunikacja bezprzewodowa opiera się głównie na mikrofalach i falach milimetrowych, ale zasoby widmowe tych pasm częstotliwości mają tendencję do nasycenia. Chociaż komunikacja optyczna ma dużą szerokość pasma, nie może być bezpośrednio wykorzystywana do transmisji bezprzewodowej w wolnej przestrzeni. Dlatego komunikacja THz jest uważana za „złoty most” łączący sieci bezprzewodowe i światłowodowe, zapewniając idealne rozwiązanie dla systemów komunikacyjnych 6G i wyższych prędkości. Problem polega na tym, że wydajność istniejących modulatorów elektrooptycznych (takich jakModulator LiNbO₃, InGaAs i materiały na bazie krzemu) w paśmie częstotliwości THz jest dalekie od wystarczającego. Tłumienie sygnału jest oczywiste. Szerokość pasma roboczego wynosi tylko około 14 GHz, a maksymalna częstotliwość nośna to tylko 100 GHz, co jest dalekie od spełnienia standardów wymaganych dla komunikacji THz. W tym artykule naukowcy opracowali nowy modulator oparty na plazmie, skutecznie zwiększając szerokość pasma 3 dB do 997 GHz, co jest dwukrotnością obecnego rekordu, jak pokazano na rysunku 1. To przełomowe osiągnięcie nie tylko przełamuje ograniczenia tradycyjnych technologii, ale także poszerza ścieżkę dla przyszłego rozwoju komunikacji THz!
Rysunek 1. Modulator elektrooptyczny plazmowy o paśmie THz
Kluczowy przełom tego nowego typu modulatora leży w zaawansowanej technologii zwanej „efektem plazmy”. Wyobraź sobie, że gdy światło pada na powierzchnię metalowej nanostruktury, rezonuje ono z elektronami w materiale – elektrony oscylują zbiorowo napędzane światłem, tworząc specjalny rodzaj fali. To właśnie ta fluktuacja umożliwiamodulatordo manipulowania sygnałami optycznymi z niezwykle wysoką wydajnością. Wyniki eksperymentów pokazują, że modulator wykazuje dobre charakterystyki modulacji w zakresie od DC (prądu stałego) do 1,14 THz i ma stabilny zysk w paśmie częstotliwości od 500 GHz do 800 GHz.
Aby dogłębnie zbadać mechanizm działania modulatora, zespół badawczy skonstruował szczegółowy model obwodu równoważnego i przeanalizował wpływ różnych parametrów strukturalnych na wydajność modulatora poprzez symulację. Wyniki eksperymentalne są w dobrej zgodzie z modelem teoretycznym, co dodatkowo potwierdza wydajność i stabilność modulatora. Ponadto badacze zaproponowali plan udoskonalenia. Oczekuje się, że dzięki zoptymalizowanej konstrukcji częstotliwość robocza tego modulatora może przekroczyć 1THz w przyszłości, a nawet osiągnąć ponad 2THz!
Badanie to pokazuje ogromny potencjał plazmymodulatory elektrooptycznew komunikacji THz i fotonicznych układach scalonych (PIC). To urządzenie, charakteryzujące się ultraszerokopasmowością, wysoką wydajnością i integrowalnością, zapewnia zupełnie nowe rozwiązanie dla modulacji sygnału THz. W przyszłości, dzięki dalszej optymalizacji projektowania i procesów produkcyjnych urządzeń, częstotliwość robocza modulatorów plazmowych ma przekroczyć 2 THz, co pozwoli osiągnąć wyższe szybkości transmisji danych i szersze pokrycie widma. Nadejście ery THz oznacza nie tylko szybszą transmisję danych i dokładniejsze możliwości wykrywania, ale także będzie promować głęboką integrację wielu dziedzin, takich jak komunikacja bezprzewodowa, obliczenia optyczne i inteligentne wykrywanie. Przełom w dziedzinie modulatorów elektrooptycznych plazmowych może stać się kluczowym krokiem prowadzącym do rozwoju technologii THz, zapewniając podstawę dla szybkich połączeń międzysystemowych przyszłego społeczeństwa informacyjnego.
Czas publikacji: 09-06-2025