Nowy ultraszerokopasmowy 997 GHzmodulator elektrooptyczny
Nowy ultraszerokopasmowy modulator elektrooptyczny ustanowił rekord pasma 997 GHz
Niedawno zespół badawczy z Zurychu w Szwajcarii z powodzeniem opracował ultraszerokopasmowy modulator elektrooptyczny, który działa w zakresie częstotliwości od 10 MHz do 1,14 THz, ustanawiając rekord pasma 3 dB przy częstotliwości 997 GHz, co stanowi dwukrotność obecnego rekordu. Ten przełom 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 ulegają przesyceniu. Chociaż komunikacja optyczna charakteryzuje się dużą szerokością 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, stanowiący idealne rozwiązanie dla systemów komunikacyjnych 6G i wyższych. Problem polega na tym, że wydajność istniejących modulatorów elektrooptycznych (takich jakModulator LiNbO₃, InGaAs i materiały na bazie krzemu) w paśmie częstotliwości THz jest dalece niewystarczające. Tłumienie sygnału jest oczywiste. Szerokość pasma roboczego wynosi zaledwie około 14 GHz, a maksymalna częstotliwość nośna to zaledwie 100 GHz, co jest dalekie od spełnienia standardów wymaganych dla komunikacji THz. W niniejszym artykule naukowcy opracowali nowy modulator plazmowy, skutecznie zwiększając szerokość pasma o 3 dB do 997 GHz, co stanowi dwukrotność obecnego rekordu, jak pokazano na rysunku 1. Ten przełom nie tylko przełamuje ograniczenia tradycyjnych technologii, ale także otwiera drogę do przyszłego rozwoju komunikacji THz!
Rysunek 1. Modulator elektrooptyczny plazmowy o szerokości pasma THz
Kluczowy przełom tego nowego typu modulatora tkwi w zaawansowanej technologii zwanej „efektem plazmy”. Wyobraź sobie, że światło padające na powierzchnię metalowej nanostruktury rezonuje z elektronami w materiale – elektrony oscylują zbiorowo, napędzane światłem, tworząc specyficzny rodzaj fali. To właśnie ta fluktuacja umożliwia…modulatordo manipulowania sygnałami optycznymi z niezwykle wysoką wydajnością. Wyniki eksperymentów pokazują, że modulator charakteryzuje się dobrą charakterystyką modulacji w zakresie od DC (prądu stałego) do 1,14 THz i stabilnym wzmocnieniem 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 działanie modulatora poprzez symulację. Wyniki eksperymentów są zgodne 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 w przyszłości przekroczyć 1 THz, a nawet 2 THz!
Badanie to pokazuje ogromny potencjał plazmymodulatory elektrooptycznew komunikacji THz i fotonicznych układach scalonych (PIC). To urządzenie, charakteryzujące się ultraszerokopasmowością, wysoką wydajnością i integralnością, stanowi zupełnie nowe rozwiązanie w zakresie modulacji sygnału THz. W przyszłości, dzięki dalszej optymalizacji procesów projektowania i produkcji urządzeń, częstotliwość robocza modulatorów plazmowych ma przekroczyć 2 THz, co pozwoli na osiągnięcie wyższych prędkości transmisji danych i szerszego pokrycia widma. Nadejście ery THz oznacza nie tylko szybszą transmisję danych i dokładniejsze możliwości detekcji, ale także przyczyni się do głębokiej integracji wielu dziedzin, takich jak komunikacja bezprzewodowa, obliczenia optyczne i inteligentna detekcja. Przełom w dziedzinie plazmowych modulatorów elektrooptycznych może stać się kluczowym krokiem w rozwoju technologii THz, stanowiąc fundament pod szybką łączność przyszłego społeczeństwa informacyjnego.
Czas publikacji: 09-06-2025