Jauns īpaši platjoslas 997 GHzelektrooptiskais modulators
Jauns īpaši platjoslas elektrooptiskais modulators ir uzstādījis joslas platuma rekordu — 997 GHz.
Nesen pētnieku komanda Cīrihē, Šveicē, ir veiksmīgi izstrādājusi īpaši platjoslas elektrooptisko modulatoru, kas darbojas frekvencēs no 10 MHz līdz 1,14 THz, uzstādot 3 dB joslas platuma rekordu pie 997 GHz, kas ir divreiz vairāk nekā pašreizējais rekords. Šis sasniegums tiek attiecināts uz plazmas modulatoru optimizētu dizainu, paverot pavisam jaunu telpu nākotnes terahercu fotoniskajām integrālajām shēmām (PIC).
Pašlaik bezvadu sakari galvenokārt balstās uz mikroviļņiem un milimetru viļņiem, taču šo frekvenču joslu spektra resursi mēdz būt piesātināti. Lai gan optiskajai saziņai ir liels joslas platums, to nevar tieši izmantot bezvadu pārraidei brīvā telpā. Tāpēc THz sakari tiek uzskatīti par "zelta tiltu", kas savieno bezvadu un optiskās šķiedras tīklus, nodrošinot ideālu risinājumu 6G un augstākas ātruma sakaru sistēmām. Problēma ir tā, ka esošo elektrooptisko modulatoru (piemēram,LiNbO₃ modulators, InGaAs un uz silīcija bāzes veidotiem materiāliem) THz frekvenču joslā nebūt nav pietiekams. Signāla vājināšanās ir acīmredzama. Darba joslas platums ir tikai aptuveni 14 GHz, un maksimālā nesējfrekvence ir tikai 100 GHz, kas ir tālu no THz sakaru standartiem. Šajā rakstā pētnieki ir izstrādājuši jaunu uz plazmas balstītu modulatoru, veiksmīgi palielinot 3 dB joslas platumu līdz 997 GHz, kas ir divreiz vairāk nekā pašreizējais rekords, kā parādīts 1. attēlā. Šis sasniegums ne tikai lauž tradicionālo tehnoloģiju ierobežojumus, bet arī paplašina ceļu THz sakaru turpmākajai attīstībai!
1. attēls. Plazmas elektrooptiskais modulators ar THz joslas platumu.
Šī jaunā tipa modulatora galvenais sasniegums ir augsto tehnoloģiju attīstība, ko sauc par "plazmas efektu". Iedomājieties, ka, gaismai apspīdējot metāla nanostruktūras virsmu, tā rezonē ar materiālā esošajiem elektroniem – elektroni kolektīvi svārstās gaismas vadīti, veidojot īpaša veida vilni. Tieši šīs svārstības ļaujmodulatorslai manipulētu ar optiskajiem signāliem ar ārkārtīgi augstu efektivitāti. Eksperimentālie rezultāti liecina, ka modulatoram ir labas modulācijas īpašības diapazonā no līdzstrāvas (DC) līdz 1,14 THz un stabils pastiprinājums frekvenču joslā no 500 GHz līdz 800 GHz.
Lai padziļināti izpētītu modulatora darbības mehānismu, pētnieku komanda izveidoja detalizētu ekvivalentās ķēdes modeli un, izmantojot simulāciju, analizēja dažādu strukturālo parametru ietekmi uz modulatora veiktspēju. Eksperimentālie rezultāti labi atbilst teorētiskajam modelim, vēl vairāk apstiprinot modulatora efektivitāti un stabilitāti. Turklāt pētnieki ir ierosinājuši uzlabošanas plānu. Paredzams, ka, optimizējot dizainu, šī modulatora darbības frekvence nākotnē var pārsniegt 1 THz un pat sasniegt vairāk nekā 2 THz!
Šis pētījums parāda plazmas lielo potenciālu.elektrooptiskie modulatoriTHz komunikācijā un fotoniskajās integrētajās shēmās (PIC). Šī ierīce ar īpaši platjoslas, augstas efektivitātes un integrējamības īpašībām nodrošina pavisam jaunu risinājumu THz signāla modulācijai. Nākotnē, turpinot optimizēt ierīču projektēšanas un ražošanas procesus, paredzams, ka plazmas modulatoru darbības frekvence pārsniegs 2 THz, sasniedzot lielāku datu pārraides ātrumu un plašāku spektra pārklājumu. THz ēras iestāšanās nozīmē ne tikai ātrāku datu pārraidi un precīzākas uztveršanas iespējas, bet arī veicinās vairāku jomu, piemēram, bezvadu sakaru, optiskās skaitļošanas un intelektiskās detekcijas, dziļu integrāciju. Plazmas elektrooptisko modulatoru izrāviens varētu kļūt par galveno soli THz tehnoloģijas attīstībā, nodrošinot pamatu nākotnes informācijas sabiedrības ātrdarbīgai savienojamībai.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 9. jūnijs