Новий надширокосмуговий 997 ГГцелектрооптичний модулятор
Новий надширокосмуговий електрооптичний модулятор встановив рекорд пропускної здатності 997 ГГц
Нещодавно дослідницька група в Цюриху, Швейцарія, успішно розробила надширокосмуговий електрооптичний модулятор, який працює на частотах від 10 МГц до 1,14 ТГц, встановивши рекорд пропускної здатності 3 дБ на частоті 997 ГГц, що вдвічі перевищує поточний рекорд. Цей прорив пояснюється оптимізованою конструкцією плазмових модуляторів, що відкриває абсолютно новий простір для майбутніх терагерцових фотонних інтегральних схем (ФІС).
Наразі бездротовий зв'язок переважно спирається на мікрохвилі та міліметрові хвилі, але спектральні ресурси цих частотних діапазонів, як правило, перенасичені. Хоча оптичний зв'язок має велику пропускну здатність, його не можна безпосередньо використовувати для бездротової передачі у вільному просторі. Тому терагерцовий зв'язок вважається «золотим містом», що з'єднує бездротові та волоконно-оптичні мережі, забезпечуючи ідеальне рішення для систем зв'язку 6G та вищої швидкості. Проблема полягає в тому, що продуктивність існуючих електрооптичних модуляторів (таких якМодулятор LiNbO₃, InGaAs та матеріалів на основі кремнію) у терагерцовому діапазоні частот далеко не достатньо. Ослаблення сигналу очевидне. Робоча смуга пропускання становить лише близько 14 ГГц, а максимальна несуча частота — лише 100 ГГц, що далеко не відповідає стандартам, необхідним для терагерцового зв'язку. У цій статті дослідники розробили новий плазмовий модулятор, успішно збільшивши смугу пропускання на 3 дБ до 997 ГГц, що вдвічі перевищує поточний рекорд, як показано на рисунку 1. Цей прорив не тільки порушує обмеження традиційних технологій, але й розширює шлях для майбутнього розвитку терагерцового зв'язку!
Рисунок 1. Плазмовий електрооптичний модулятор з терагерцевою смугою пропускання
Основний прорив цього нового типу модулятора полягає у високій технології під назвою «плазмовий ефект». Уявіть, що коли світло падає на поверхню металевої наноструктури, воно резонує з електронами в матеріалі – електрони коливаються разом, керовані світлом, утворюючи особливий вид хвилі. Саме це коливання дозволяємодуляторманіпулювати оптичними сигналами з надзвичайно високою ефективністю. Експериментальні результати показують, що модулятор демонструє хороші модуляційні характеристики в діапазоні від постійного струму до 1,14 ТГц та має стабільний коефіцієнт посилення в смузі частот від 500 ГГц до 800 ГГц.
Для глибокого вивчення механізму роботи модулятора, дослідницька група побудувала детальну еквівалентну схему та проаналізувала вплив різних структурних параметрів на продуктивність модулятора за допомогою моделювання. Експериментальні результати добре узгоджуються з теоретичною моделлю, що додатково підтверджує ефективність та стабільність модулятора. Крім того, дослідники запропонували план удосконалення. Очікується, що завдяки оптимізованій конструкції робоча частота цього модулятора в майбутньому може перевищити 1 ТГц і навіть досягти понад 2 ТГц!
Це дослідження демонструє великий потенціал плазмиелектрооптичні модуляториу терагерцовому зв'язку та фотонних інтегральних схемах (ФІС). Цей пристрій, з його характеристиками надширокосмугового зв'язку, високої ефективності та інтегрованості, пропонує абсолютно нове рішення для модуляції терагерцового сигналу. У майбутньому, з подальшою оптимізацією процесів проектування та виробництва пристроїв, очікується, що робоча частота плазмових модуляторів перевищить 2 ТГц, що дозволить досягти вищих швидкостей передачі даних та ширшого охоплення спектру. Настання ери терагерц означає не тільки швидшу передачу даних та точніші можливості зондування, але й сприятиме глибокій інтеграції різних галузей, таких як бездротовий зв'язок, оптичні обчислення та інтелектуальне виявлення. Прорив плазмових електрооптичних модуляторів може стати ключовим кроком у розвитку терагерцової технології, забезпечуючи основу для високошвидкісного взаємозв'язку майбутнього інформаційного суспільства.
Час публікації: 09 червня 2025 р.