En ny typ av terahertz -multiplexer har fördubblat datakraft och avsevärt förbättrat 6G -kommunikation med enastående bandbredd och låg dataförlust.
Forskare har introducerat ett superbrett band Terahertz-multiplexer som fördubblar datakraft och ger revolutionära framsteg till 6G och därefter. (Bildkälla: Getty Images)
Nästa generations trådlös kommunikation, representerad av Terahertz Technology, lovar att revolutionera dataöverföring.
Dessa system arbetar vid Terahertz-frekvenser och erbjuder enastående bandbredd för ultra-snabb dataöverföring och kommunikation. För att fullt ut realisera denna potential måste betydande tekniska utmaningar övervinnas, särskilt för att hantera och effektivt använda det tillgängliga spektrumet.
En banbrytande framsteg har behandlat denna utmaning: den första ultravediga integrerade terahertz-polariseringen (DE) multiplexer som realiserades på en substratfri kiselplattform.
Denna innovativa design riktar sig till Sub-Stahertz J-bandet (220-330 GHz) och syftar till att omvandla kommunikation för 6G och därefter. Enheten fördubblar effektivt datakapacitet samtidigt som en låg dataförlusthastighet bibehålls och banar vägen för effektiva och pålitliga trådlösa nätverk med hög hastighet.
Teamet bakom denna milstolpe inkluderar professor Withawat Withayachumnankul från University of Adelaides School of Electrical and Mechanical Engineering, Dr. Weijie Gao, nu en postdoktoral forskare vid Osaka University och professor Masayuki Fujita.
Professor Withayachumnankul uttalade, "Den föreslagna polarisationens multiplexer tillåter flera dataströmmar att överföras samtidigt inom samma frekvensband, vilket effektivt fördubblar datakraft." Den relativa bandbredd som uppnås av enheten är enastående över alla frekvensområden, vilket representerar ett betydande språng för integrerade multiplexerare.
Polarisationsmultiplexerare är viktiga i modern kommunikation eftersom de gör det möjligt för flera signaler att dela samma frekvensband, vilket avsevärt förbättrar kanalkapaciteten.
Den nya enheten uppnår detta genom att använda koniska riktningskopplare och anisotropisk effektiv medium beklädnad. Dessa komponenter förbättrar polarisationens dubbelbrytning, vilket resulterar i ett högt polarisationsutrotningsförhållande (per) och bred bandbredd - nyckelegenskaper för effektiva terahertz -kommunikationssystem.
Till skillnad från traditionella mönster som förlitar sig på komplexa och frekvensberoende asymmetriska vågledare, använder den nya multiplexern anisotropisk beklädnad med endast lätt frekvensberoende. Detta tillvägagångssätt utnyttjar fullt ut den rikliga bandbredd som de koniska kopplingarna tillhandahåller.
Resultatet är en fraktionerad bandbredd nära 40%, i genomsnitt per överstigande 20 dB och en minsta insättningsförlust på cirka 1 dB. Dessa prestandametriker överträffar långt de hos befintliga optiska och mikrovågsdesign, som ofta lider av smal bandbredd och hög förlust.
Forskningsteamets arbete förbättrar inte bara effektiviteten i Terahertz -system utan lägger också grunden för en ny era i trådlös kommunikation. Dr. Gao konstaterade, "Denna innovation är en viktig drivkraft för att låsa upp potentialen för Terahertz -kommunikation." Ansökningar inkluderar högupplöst videoströmning, augmented reality och nästa generations mobilnät som 6G.
Traditionella terahertz -polarisationshanteringslösningar, såsom ortogonala lägeomvandlare (OMT) baserade på rektangulära metallvågledare, står inför betydande begränsningar. Metallvågledare upplever ökade ohmiska förluster vid högre frekvenser, och deras tillverkningsprocesser är komplexa på grund av stränga geometriska krav.
Optiska polariseringsmultiplexerare, inklusive de som använder mach-Zehnder-interferometrar eller fotoniska kristaller, erbjuder bättre integrerbarhet och lägre förluster men kräver ofta avvägningar mellan bandbredd, kompakthet och tillverkningskomplexitet.
Riktningskopplare används ofta i optiska system och kräver stark polarisationsbirebringens för att uppnå kompakt storlek och hög per. De är emellertid begränsade av smal bandbredd och känslighet för tillverkning av toleranser.
Den nya multiplexeraren kombinerar fördelarna med koniska riktningskopplare och effektiv medium beklädnad, vilket övervinner dessa begränsningar. Den anisotropiska beklädnaden uppvisar betydande dubbelbrytning, vilket säkerställer hög per över en bred bandbredd. Denna designprincip markerar en avvikelse från traditionella metoder, vilket ger en skalbar och praktisk lösning för terahertz -integration.
Experimentell validering av multiplexern bekräftade dess exceptionella prestanda. Enheten fungerar effektivt inom området 225-330 GHz, vilket uppnår en bråkbandbredd på 37,8% samtidigt som en per över 20 dB upprätthåller en per över 20 dB. Dess kompakta storlek och kompatibilitet med standardtillverkningsprocesser gör den lämplig för massproduktion.
Dr. Gao påpekade: "Denna innovation förbättrar inte bara effektiviteten i Terahertz-kommunikationssystem utan banar också vägen för mer kraftfulla och pålitliga höghastighets trådlösa nätverk."
De potentiella tillämpningarna av denna teknik sträcker sig utöver kommunikationssystem. Genom att förbättra spektrumanvändningen kan multiplexern driva framsteg inom fält som radar, avbildning och tingenes internet. "Inom ett decennium förväntar vi oss att dessa Terahertz -tekniker ska allmänt adopteras och integreras i olika branscher," uttalade professor Withayachumnankul.
Multiplexern kan också sömlöst integreras med tidigare strålningsanordningar som utvecklats av teamet, vilket möjliggör avancerade kommunikationsfunktioner på en enhetlig plattform. Denna kompatibilitet belyser mångsidigheten och skalbarheten för den effektiva medelklädda dielektriska vågledarplattformen.
Teamets forskningsresultat har publicerats i tidskriften Laser & Photonic Reviews, och betonar deras betydelse för att främja fotonisk terahertz -teknik. Professor Fujita påpekade: "Genom att övervinna kritiska tekniska barriärer förväntas denna innovation stimulera intresse och forskningsaktivitet på området."
Forskarna räknar med att deras arbete kommer att inspirera nya applikationer och ytterligare tekniska förbättringar under de kommande åren, vilket i slutändan leder till kommersiella prototyper och produkter.
Denna multiplexer representerar ett betydande steg framåt för att låsa upp potentialen i Terahertz -kommunikation. Den sätter en ny standard för integrerade Terahertz -enheter med sina enastående prestandametriker.
Eftersom efterfrågan på höghastighet, högkapacitetskommunikationsnätverk fortsätter att växa, kommer sådana innovationer att spela en avgörande roll för att forma framtiden för trådlös teknik.
Posttid: december-16-2024