Ný gerð terahertz margfaldara hefur tvöfaldað gagnagetu og aukið verulega 6G samskipti með áður óþekktri bandbreidd og litlu gagnatapi.
Vísindamenn hafa kynnt ofurbreitt band terahertz multiplexer sem tvöfaldar gagnagetu og færir byltingarkenndar framfarir til 6G og víðar. (Myndheimild: Getty Images)
Næsta kynslóð þráðlausra samskipta, táknuð með terahertz tækni, lofar að gjörbylta gagnaflutningi.
Þessi kerfi starfa á terahertz tíðnum og bjóða upp á óviðjafnanlega bandbreidd fyrir ofurhraðan gagnaflutning og samskipti. Hins vegar, til að gera sér fulla grein fyrir þessum möguleika, verður að sigrast á verulegum tæknilegum áskorunum, sérstaklega við að stjórna og nýta á áhrifaríkan hátt tiltækt litróf.
Byltingarkennd framfarir hafa tekist á við þessa áskorun: Fyrsti öfgabreiðbands samþætti terahertz skautun (de) margföldunartæki sem gerður var á undirlagslausum kísilvettvangi.
Þessi nýstárlega hönnun miðar á undir-terahertz J bandið (220-330 GHz) og miðar að því að umbreyta samskiptum fyrir 6G og víðar. Tækið tvöfaldar í raun gagnagetu á sama tíma og viðheldur lágu gagnatapi, sem ryður brautina fyrir skilvirk og áreiðanleg þráðlaus háhraða netkerfi.
Liðið á bak við þennan tímamót inniheldur prófessor Withawat Withayachumnankul frá rafmagns- og vélaverkfræðideild háskólans í Adelaide, Dr. Weijie Gao, nú nýdoktor við háskólann í Osaka, og prófessor Masayuki Fujita.
Prófessor Withayachumnankul sagði: "Fyrirhugaður skautun margfaldari gerir kleift að senda marga gagnastrauma samtímis innan sama tíðnisviðs, sem tvöfaldar í raun gagnagetu." Hlutfallsleg bandbreidd sem tækið nær á sér engin fordæmi á hvaða tíðnisviði sem er, sem táknar verulegt stökk fyrir samþætta multiplexara.
Polarization multiplexers eru nauðsynlegir í nútíma samskiptum þar sem þeir gera mörgum merkjum kleift að deila sama tíðnisviði, sem eykur rásargetu verulega.
Nýja tækið nær þessu með því að nota keilulaga stefnutengi og anisotropic áhrifarík miðlungs klæðningu. Þessir íhlutir auka skautun tvíbrjótunar, sem leiðir til mikils skautunarútrýmingarhlutfalls (PER) og breiðrar bandbreiddar – lykileiginleikar skilvirkra terahertz samskiptakerfa.
Ólíkt hefðbundinni hönnun sem byggir á flóknum og tíðniháðum ósamhverfum bylgjuleiðurum, notar nýja multiplexerinn anisotropic klæðningu með aðeins örlítið háð tíðni. Þessi nálgun nýtir að fullu þá miklu bandbreidd sem keilulaga tengin veita.
Niðurstaðan er brotabandbreidd nálægt 40%, meðaltal PER yfir 20 dB og lágmarks innsetningartap um það bil 1 dB. Þessar frammistöðumælingar fara langt fram úr núverandi sjón- og örbylgjuhönnun, sem þjást oft af þröngri bandbreidd og miklu tapi.
Vinna rannsóknarhópsins eykur ekki aðeins skilvirkni terahertz kerfa heldur leggur einnig grunninn að nýjum tímum í þráðlausum samskiptum. Dr. Gao sagði: "Þessi nýsköpun er lykildrifkraftur í að opna möguleika terahertz samskipta." Forrit fela í sér háskerpuvídeóstraum, aukinn veruleika og næstu kynslóð farsímaneta eins og 6G.
Hefðbundnar terahertz skautun stjórnun lausnir, eins og hornréttur ham transducers (OMTs) byggðar á rétthyrndum málm bylgjuleiðurum, standa frammi fyrir verulegum takmörkunum. Bylgjuleiðarar úr málmi upplifa aukið ómískt tap við hærri tíðni og framleiðsluferlar þeirra eru flóknir vegna strangra rúmfræðilegra krafna.
Optísk skautun margfaldara, þar á meðal þeir sem nota Mach-Zehnder víxlmæla eða ljóseindakristalla, bjóða upp á betri samþættanleika og minna tap en krefjast oft málamiðlunar á milli bandbreiddar, þjöppunar og flókins framleiðslu.
Stefnatengi eru mikið notaðir í ljóskerfum og þurfa sterka skautun tvíbrjótunar til að ná þéttri stærð og háum PER. Hins vegar eru þau takmörkuð af þröngri bandbreidd og næmi fyrir framleiðsluvikmörkum.
Nýi margfaldarinn sameinar kosti keilulaga stefnutengja og áhrifaríkrar miðlungs klæðningar, sem sigrar þessar takmarkanir. Anisotropic klæðningin sýnir umtalsverðan tvíbrot, sem tryggir hátt PER yfir breitt bandbreidd. Þessi hönnunarregla markar frávik frá hefðbundnum aðferðum og veitir stigstærða og hagnýta lausn fyrir terahertz samþættingu.
Tilraunaprófun á multiplexernum staðfesti óvenjulega frammistöðu hans. Tækið virkar á skilvirkan hátt á 225-330 GHz sviðinu og nær 37,8% brotbreidd á meðan PER er haldið yfir 20 dB. Fyrirferðarlítil stærð og samhæfni við staðlaða framleiðsluferla gerir það að verkum að það hentar fyrir fjöldaframleiðslu.
Dr. Gao sagði: "Þessi nýjung eykur ekki aðeins skilvirkni terahertz samskiptakerfa heldur ryður einnig brautina fyrir öflugri og áreiðanlegri háhraða þráðlaus netkerfi."
Hugsanleg notkun þessarar tækni nær út fyrir samskiptakerfi. Með því að bæta litrófsnýtingu getur multiplexerinn knúið framfarir á sviðum eins og ratsjá, myndgreiningu og Internet of Things. „Innan áratug gerum við ráð fyrir að þessi terahertz tækni verði almennt samþykkt og samþætt í ýmsum atvinnugreinum,“ sagði prófessor Withayachumnankul.
Margfaldarann er einnig hægt að samþætta óaðfinnanlega við eldri geislaformunartæki sem teymið hefur þróað, sem gerir háþróaða samskiptavirkni kleift á sameinuðum vettvangi. Þessi eindrægni undirstrikar fjölhæfni og sveigjanleika hins áhrifaríka meðalklædda rafbylgjuleiðaravettvangs.
Rannsóknarniðurstöður teymisins hafa verið birtar í tímaritinu Laser & Photonic Reviews, þar sem lögð er áhersla á mikilvægi þeirra til að efla ljóseindatækni terahertz. Prófessor Fujita sagði: "Með því að sigrast á mikilvægum tæknilegum hindrunum er búist við að þessi nýsköpun ýti undir áhuga og rannsóknarstarfsemi á þessu sviði."
Rannsakendur gera ráð fyrir að vinna þeirra muni hvetja til nýrra forrita og frekari tæknilegra endurbóta á næstu árum, sem á endanum leiða til viðskiptalegra frumgerða og vara.
Þessi multiplexer táknar mikilvægt skref fram á við í að opna möguleika terahertz samskipta. Það setur nýjan staðal fyrir samþætt terahertz tæki með áður óþekktum frammistöðumælingum.
Þar sem eftirspurnin eftir háhraða og afkastamikilli samskiptanetum heldur áfram að vaxa munu slíkar nýjungar gegna mikilvægu hlutverki við að móta framtíð þráðlausrar tækni.
Pósttími: 16. desember 2024