Új ultraszéles sávú 997 GHzelektrooptikai modulátor
Egy új ultraszéles sávú elektrooptikai modulátor 997 GHz-es sávszélesség-rekordot állított fel
Nemrégiben egy zürichi kutatócsoport sikeresen kifejlesztett egy ultraszéles sávú elektrooptikai modulátort, amely 10 MHz és 1,14 THz közötti frekvenciákon működik, és ezzel 3 dB-es sávszélesség-rekordot állított fel 997 GHz-en, ami kétszerese a jelenlegi rekordnak. Ez az áttörés a plazmamodulátorok optimalizált tervezésének tulajdonítható, amely vadonatúj teret nyit a jövő terahertzes fotonikus integrált áramkörei (PIC-ek) számára.
Jelenleg a vezeték nélküli kommunikáció főként a mikrohullámokra és a milliméteres hullámokra támaszkodik, de ezen frekvenciasávok spektrumforrásai hajlamosak telítődni. Bár az optikai kommunikáció nagy sávszélességgel rendelkezik, nem használható közvetlenül vezeték nélküli átvitelre szabad térben. Ezért a THz-es kommunikációt a vezeték nélküli és a száloptikai hálózatokat összekötő „aranyhídnak” tekintik, ideális megoldást kínálva a 6G és a nagyobb sebességű kommunikációs rendszerek számára. A probléma abban rejlik, hogy a meglévő elektrooptikai modulátorok (mint például aLiNbO₃ modulátor, InGaAs és szilícium alapú anyagok) a THz frekvenciasávban messze nem elegendő. A jelcsillapítás szembetűnő. A működési sávszélesség mindössze körülbelül 14 GHz, a maximális vivőfrekvencia pedig mindössze 100 GHz, ami messze van a THz kommunikációhoz szükséges szabványoktól. Ebben a cikkben a kutatók egy új, plazma alapú modulátort fejlesztettek ki, amely sikeresen növelte a 3 dB-es sávszélességet 997 GHz-re, ami a jelenlegi rekord kétszerese, ahogy az az 1. ábrán is látható. Ez az áttörés nemcsak a hagyományos technológiák korlátait töri át, hanem szélesíti a THz kommunikáció jövőbeli fejlődésének útját is!
1. ábra Plazma elektrooptikai modulátor THz sávszélességgel
Az új típusú modulátor áttörése a „plazmaeffektusnak” nevezett csúcstechnológiában rejlik. Képzeljük el, hogy amikor a fény egy fém nanoszerkezet felületére vetül, rezonál az anyagban lévő elektronokkal – az elektronok a fény hatására kollektíven rezegnek, egy különleges hullámot alkotva. Pontosan ez a fluktuáció teszi lehetővé a…modulátoroptikai jelek rendkívül nagy hatékonyságú manipulálására. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a modulátor jó modulációs karakterisztikákat mutat DC (egyenáram) és 1,14 THz közötti tartományban, és stabil erősítéssel rendelkezik az 500 GHz és 800 GHz közötti frekvenciasávban.
A modulátor működési mechanizmusának mélyreható tanulmányozása érdekében a kutatócsoport egy részletes helyettesítő áramköri modellt készített, és szimuláció segítségével elemezte a különböző szerkezeti paraméterek hatását a modulátor teljesítményére. A kísérleti eredmények jól egyeznek az elméleti modellel, tovább igazolva a modulátor hatékonyságát és stabilitását. Ezenkívül a kutatók egy fejlesztési tervet is javasoltak. A várakozások szerint az optimalizált tervezés révén a modulátor üzemi frekvenciája a jövőben meghaladhatja az 1 THz-et, sőt elérheti a 2 THz-et is!
Ez a tanulmány a plazma hatalmas potenciálját mutatja beelektrooptikai modulátoroka THz kommunikációban és a fotonikus integrált áramkörökben (PIC). Ez az eszköz, ultraszéles sávú, nagy hatásfokú és integrálható tulajdonságaival, vadonatúj megoldást kínál a THz jelmodulációra. A jövőben, az eszköztervezési és gyártási folyamatok további optimalizálásával, a plazma modulátorok működési frekvenciája várhatóan meghaladja a 2 THz-et, ami nagyobb adatátviteli sebességet és szélesebb spektrumlefedettséget eredményez. A THz-korszak beköszönte nemcsak gyorsabb adatátvitelt és pontosabb érzékelési képességeket jelent, hanem elősegíti több terület, például a vezeték nélküli kommunikáció, az optikai számítástechnika és az intelligens detektálás mély integrációját is. A plazma elektrooptikai modulátorok áttörése kulcsfontosságú lépés lehet a THz technológia fejlesztésében, megalapozva a jövő információs társadalmának nagysebességű összekapcsolását.
Közzététel ideje: 2025. június 9.