مدولاتور الکترواپتیکی جدید با پهنای باند فوق وسیع ۹۹۷ گیگاهرتز

باند فوق وسیع جدید ۹۹۷ گیگاهرتزمدولاتور الکترواپتیکی

یک مدولاتور الکترواپتیکی فوق پهن‌باند جدید، رکورد پهنای باند ۹۹۷ گیگاهرتز را ثبت کرده است.

اخیراً، یک تیم تحقیقاتی در زوریخ، سوئیس، با موفقیت یک مدولاتور الکترواپتیکی فوق پهن‌باند را توسعه داده‌اند که در فرکانس‌های بین 10 مگاهرتز تا 1.14 تراهرتز عمل می‌کند و رکورد پهنای باند 3 دسی‌بل را در 997 گیگاهرتز ثبت کرده است که دو برابر رکورد فعلی است. این موفقیت به طراحی بهینه مدولاتورهای پلاسما نسبت داده می‌شود و فضای کاملاً جدیدی را برای مدارهای مجتمع فوتونی تراهرتز (PIC) آینده باز می‌کند.

در حال حاضر، ارتباطات بی‌سیم عمدتاً به مایکروویوها و امواج میلی‌متری متکی هستند، اما منابع طیف این باندهای فرکانسی اشباع شده‌اند. اگرچه ارتباطات نوری پهنای باند وسیعی دارد، اما نمی‌توان مستقیماً از آن برای انتقال بی‌سیم در فضای آزاد استفاده کرد. بنابراین، ارتباطات THz به عنوان "پل طلایی" اتصال شبکه‌های بی‌سیم و فیبر نوری در نظر گرفته می‌شود و یک راه‌حل ایده‌آل برای سیستم‌های ارتباطی 6G و با نرخ بالاتر ارائه می‌دهد. مشکل این است که عملکرد مدولاتورهای الکترواپتیکی موجود (مانندمدولاتور LiNbO₃، InGaAs و مواد مبتنی بر سیلیکون) در باند فرکانسی THz به هیچ وجه کافی نیست. تضعیف سیگنال واضح است. پهنای باند کاری تنها حدود 14 گیگاهرتز و حداکثر فرکانس حامل تنها 100 گیگاهرتز است که با استانداردهای مورد نیاز برای ارتباطات THz فاصله زیادی دارد. در این مقاله، محققان یک مدولاتور مبتنی بر پلاسمای جدید توسعه داده‌اند که با موفقیت پهنای باند 3 دسی‌بل را به 997 گیگاهرتز افزایش می‌دهد، که دو برابر رکورد فعلی است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. این پیشرفت نه تنها محدودیت‌های فناوری‌های سنتی را می‌شکند، بلکه مسیر توسعه آینده ارتباطات THz را نیز گسترش می‌دهد!

شکل 1 مدولاتور الکترواپتیکی پلاسما با پهنای باند تراهرتز

پیشرفت اصلی این نوع جدید مدولاتور در فناوری پیشرفته‌ای به نام «اثر پلاسما» نهفته است. تصور کنید وقتی نور بر سطح یک نانوساختار فلزی می‌تابید، با الکترون‌های موجود در ماده تشدید می‌شود - الکترون‌ها به طور جمعی توسط نور نوسان می‌کنند و نوع خاصی از موج را تشکیل می‌دهند. دقیقاً همین نوسان است که امکان ...مدولاتوربرای دستکاری سیگنال‌های نوری با راندمان بسیار بالا. نتایج تجربی نشان می‌دهد که این مدولاتور ویژگی‌های مدولاسیون خوبی را در محدوده DC (جریان مستقیم) تا ۱.۱۴ تراهرتز از خود نشان می‌دهد و در باند فرکانسی ۵۰۰ گیگاهرتز تا ۸۰۰ گیگاهرتز بهره پایداری دارد.

برای مطالعه عمیق مکانیسم عملکرد مدولاتور، تیم تحقیقاتی یک مدل مدار معادل دقیق ساختند و تأثیر پارامترهای ساختاری مختلف بر عملکرد مدولاتور را از طریق شبیه‌سازی تجزیه و تحلیل کردند. نتایج تجربی با مدل نظری مطابقت خوبی دارند و کارایی و پایداری مدولاتور را بیشتر تأیید می‌کنند. علاوه بر این، محققان یک طرح بهبود ارائه داده‌اند. انتظار می‌رود از طریق طراحی بهینه، فرکانس عملکرد این مدولاتور در آینده از 1 تراهرتز فراتر رود و حتی به بیش از 2 تراهرتز برسد!

این مطالعه پتانسیل بالای پلاسما را نشان می‌دهد.مدولاتورهای الکترواپتیکیدر ارتباطات تراهرتز و مدارهای مجتمع فوتونی (PIC). این دستگاه با ویژگی‌های پهنای باند فوق‌العاده وسیع، راندمان بالا و قابلیت ادغام، یک راه‌حل کاملاً جدید برای مدولاسیون سیگنال تراهرتز ارائه می‌دهد. در آینده، با بهینه‌سازی بیشتر فرآیندهای طراحی و تولید دستگاه، انتظار می‌رود فرکانس عملیاتی مدولاتورهای پلاسما از 2 تراهرتز فراتر رود و به نرخ داده بالاتر و پوشش طیف وسیع‌تری دست یابد. ظهور عصر تراهرتز نه تنها به معنای انتقال سریع‌تر داده و قابلیت‌های حسگری دقیق‌تر است، بلکه ادغام عمیق زمینه‌های مختلفی مانند ارتباطات بی‌سیم، محاسبات نوری و تشخیص هوشمند را نیز ارتقا خواهد داد. پیشرفت مدولاتورهای الکترواپتیکی پلاسما ممکن است به گامی کلیدی در توسعه فناوری تراهرتز تبدیل شود و پایه‌ای برای اتصال پرسرعت جامعه اطلاعاتی آینده فراهم کند.