Нов ултрашироколентов 997GHzелектрооптичен модулатор
Нов ултрашироколентов електрооптичен модулатор постави рекорд за честотна лента от 997 GHz
Наскоро изследователски екип в Цюрих, Швейцария, успешно разработи ултрашироколентов електрооптичен модулатор, който работи на честоти от 10 MHz до 1,14 THz, поставяйки рекорд от 3 dB честотна лента при 997 GHz, което е два пъти повече от настоящия рекорд. Този пробив се дължи на оптимизирания дизайн на плазмените модулатори, отваряйки съвсем ново пространство за бъдещи терагерцови фотонни интегрални схеми (PIC).
В момента безжичната комуникация разчита главно на микровълни и милиметрови вълни, но спектралните ресурси на тези честотни ленти са склонни да бъдат наситени. Въпреки че оптичната комуникация има голяма честотна лента, тя не може да се използва директно за безжично предаване в свободно пространство. Следователно, THz комуникацията се разглежда като „златен мост“, свързващ безжичните и оптичните мрежи, предоставяйки идеално решение за 6G и по-високоскоростни комуникационни системи. Проблемът се състои в това, че производителността на съществуващите електрооптични модулатори (като напримерLiNbO₃ модулатор, InGaAs и материали на силициева основа) в терагерцовата честотна лента далеч не е достатъчно. Затихването на сигнала е очевидно. Работната честотна лента е само около 14 GHz, а максималната носеща честота е само 100 GHz, което е далеч от отговаряне на стандартите, необходими за терагерцова комуникация. В тази статия изследователи са разработили нов плазмен модулатор, като успешно са увеличили честотната лента с 3 dB до 997 GHz, което е два пъти повече от настоящия рекорд, както е показано на Фигура 1. Този пробив не само нарушава ограниченията на традиционните технологии, но и разширява пътя за бъдещото развитие на терагерцовата комуникация!
Фигура 1 Плазмен електрооптичен модулатор с THz честотна лента
Основният пробив на този нов тип модулатор се крие във високотехнологичната технология, наречена „плазмен ефект“. Представете си, че когато светлината осветява повърхността на метална наноструктура, тя резонира с електроните в материала – електроните осцилират колективно, задвижвани от светлината, образувайки специален вид вълна. Именно това колебание позволява...модулаторда манипулира оптични сигнали с изключително висока ефективност. Експерименталните резултати показват, че модулаторът проявява добри модулационни характеристики в диапазона от постоянен ток (DC) до 1,14 THz и има стабилно усилване в честотната лента от 500 GHz до 800 GHz.
За да проучат задълбочено механизма на работа на модулатора, изследователският екип е конструирал подробен еквивалентен модел на схема и е анализирал влиянието на различни структурни параметри върху производителността на модулатора чрез симулация. Експерименталните резултати са в добро съответствие с теоретичния модел, което допълнително потвърждава ефективността и стабилността на модулатора. Освен това, изследователите са предложили план за подобрение. Очаква се чрез оптимизиран дизайн работната честота на този модулатор да надхвърли 1THz в бъдеще и дори да достигне над 2THz!
Това проучване демонстрира големия потенциал на плазматаелектрооптични модулаторив терагерцовата комуникация и фотонните интегрални схеми (PIC). Това устройство, със своите характеристики на ултрашироколентова честота, висока ефективност и интегрируемост, предоставя съвсем ново решение за терагерцова модулация на сигнала. В бъдеще, с по-нататъшното оптимизиране на проектирането и производствените процеси на устройствата, се очаква работната честота на плазмените модулатори да надхвърли 2 терагерца, постигайки по-високи скорости на предаване на данни и по-широко спектрално покритие. Настъпването на терагерцовата ера не само означава по-бързо предаване на данни и по-точни сензорни възможности, но и ще насърчи дълбоката интеграция на множество области като безжична комуникация, оптични изчисления и интелигентно откриване. Пробивът на плазмените електрооптични модулатори може да се превърне в ключова стъпка, водеща до развитието на терагерцовата технология, осигурявайки основа за високоскоростната взаимосвързаност на бъдещото информационно общество.
Време на публикуване: 09 юни 2025 г.