Nov ultra širokopasovni 997 GHzelektrooptični modulator
Nov ultra širokopasovni elektrooptični modulator je postavil rekord pasovne širine 997 GHz
Nedavno je raziskovalna skupina v Zürichu v Švici uspešno razvila ultra širokopasovni elektrooptični modulator, ki deluje na frekvencah od 10 MHz do 1,14 THz, in pri 997 GHz postavila rekord pasovne širine 3 dB, kar je dvakrat več od trenutnega rekorda. Ta preboj gre pripisati optimizirani zasnovi plazemskih modulatorjev, ki odpirajo povsem nov prostor za prihodnja teraherčna fotonska integrirana vezja (PIC).
Trenutno brezžična komunikacija temelji predvsem na mikrovalovih in milimetrskih valovih, vendar so spektralni viri teh frekvenčnih pasov ponavadi nasičeni. Čeprav ima optična komunikacija veliko pasovno širino, je ni mogoče neposredno uporabiti za brezžični prenos v prostem prostoru. Zato se teraherčna komunikacija obravnava kot "zlati most", ki povezuje brezžična in optična omrežja ter zagotavlja idealno rešitev za komunikacijske sisteme 6G in višje hitrosti. Težava je v tem, da je delovanje obstoječih elektrooptičnih modulatorjev (kot soModulator LiNbO₃, InGaAs in materiali na osnovi silicija) v frekvenčnem pasu THz še zdaleč ni zadostno. Slabljenje signala je očitno. Delovna pasovna širina je le približno 14 GHz, največja nosilna frekvenca pa le 100 GHz, kar še zdaleč ne izpolnjuje standardov, potrebnih za komunikacijo THz. V tem članku so raziskovalci razvili nov modulator na osnovi plazme, ki je uspešno povečal pasovno širino 3 dB na 997 GHz, kar je dvakrat več od trenutnega rekorda, kot je prikazano na sliki 1. Ta preboj ne le odpravlja omejitve tradicionalnih tehnologij, temveč tudi širi pot za prihodnji razvoj komunikacije THz!
Slika 1 Plazemski elektrooptični modulator s THz pasovno širino
Osrednji preboj te nove vrste modulatorja leži v visokotehnološkem procesu, imenovanem »plazemski učinek«. Predstavljajte si, da ko svetloba posije na površino kovinske nanostrukture, ta resonira z elektroni v materialu – elektroni, ki jih poganja svetloba, skupaj nihajo in tvorijo posebno vrsto valovanja. Prav to nihanje omogoča ...modulatorza manipulacijo optičnih signalov z izjemno visoko učinkovitostjo. Eksperimentalni rezultati kažejo, da ima modulator dobre modulacijske lastnosti v območju od enosmernega toka do 1,14 THz in ima stabilno ojačanje v frekvenčnem pasu od 500 GHz do 800 GHz.
Za poglobljeno preučevanje mehanizma delovanja modulatorja je raziskovalna skupina izdelala podroben model ekvivalentnega vezja in s simulacijo analizirala vpliv različnih strukturnih parametrov na delovanje modulatorja. Eksperimentalni rezultati se dobro ujemajo s teoretičnim modelom, kar dodatno potrjuje učinkovitost in stabilnost modulatorja. Poleg tega so raziskovalci predlagali načrt za izboljšave. Pričakuje se, da bo z optimizirano zasnovo delovna frekvenca tega modulatorja v prihodnosti lahko presegla 1 THz in celo dosegla več kot 2 THz!
Ta študija dokazuje velik potencial plazmeelektrooptični modulatorjiv teraherčni komunikaciji in fotonskih integriranih vezjih (PIC). Ta naprava s svojimi značilnostmi ultra širokopasovnega delovanja, visoke učinkovitosti in integracije ponuja povsem novo rešitev za teraherčno modulacijo signala. V prihodnosti naj bi z nadaljnjo optimizacijo zasnove in proizvodnih procesov naprav delovna frekvenca plazemskih modulatorjev presegla 2 THz, s čimer bi dosegli višje hitrosti prenosa podatkov in širšo pokritost spektra. Prihod teraherčne dobe ne pomeni le hitrejšega prenosa podatkov in natančnejših zmogljivosti zaznavanja, temveč bo spodbudil tudi globoko integracijo več področij, kot so brezžična komunikacija, optično računalništvo in inteligentno zaznavanje. Preboj plazemskih elektrooptičnih modulatorjev bi lahko postal ključni korak pri razvoju teraherčne tehnologije in zagotovil temelje za visokohitrostno medsebojno povezovanje prihodnje informacijske družbe.
Čas objave: 9. junij 2025