Un nou tipus de multiplexor de terahertz ha duplicat la capacitat de dades i ha millorat significativament la comunicació 6G amb una amplada de banda sense precedents i una baixa pèrdua de dades.
Els investigadors han introduït un multiplexor de terahertzs de banda súper ampla que duplica la capacitat de dades i aporta avenços revolucionaris a 6G i més enllà. (Font de la imatge: Getty Images)
La comunicació sense fils de nova generació, representada per la tecnologia terahertz, promet revolucionar la transmissió de dades.
Aquests sistemes operen a freqüències de terahertzs, oferint una amplada de banda inigualable per a una transmissió i comunicació de dades ultraràpida. Tanmateix, per tal d'aconseguir plenament aquest potencial, s'han de superar importants reptes tècnics, especialment en la gestió i l'ús eficaç de l'espectre disponible.
Un avenç innovador ha abordat aquest repte: el primer (des)multiplexador de polarització de terahertz integrat de banda ultra ampla realitzat en una plataforma de silici sense substrat.
Aquest disseny innovador s'adreça a la banda J de subterahertz (220-330 GHz) i pretén transformar la comunicació per a 6G i més enllà. El dispositiu duplica de manera efectiva la capacitat de dades alhora que manté una baixa taxa de pèrdua de dades, obrint el camí per a xarxes sense fils d'alta velocitat eficients i fiables.
L'equip que hi ha darrere d'aquesta fita inclou el professor Withawat Withayachumnankul de l'Escola d'Enginyeria Elèctrica i Mecànica de la Universitat d'Adelaida, el doctor Weijie Gao, ara investigador postdoctoral a la Universitat d'Osaka, i el professor Masayuki Fujita.
El professor Withayachumnankul va declarar: "El multiplexor de polarització proposat permet transmetre múltiples fluxos de dades simultàniament dins de la mateixa banda de freqüència, duplicant efectivament la capacitat de dades". L'amplada de banda relativa aconseguida pel dispositiu no té precedents en qualsevol rang de freqüències, cosa que representa un salt significatiu per als multiplexors integrats.
Els multiplexors de polarització són essencials en la comunicació moderna, ja que permeten que diversos senyals comparteixin la mateixa banda de freqüència, millorant significativament la capacitat del canal.
El nou dispositiu aconsegueix això utilitzant acobladors direccionals cònics i un revestiment mitjà eficaç anisòtrop. Aquests components milloren la birrefringència de polarització, donant lloc a una alta relació d'extinció de polarització (PER) i ample de banda ample, característiques clau dels sistemes de comunicació eficients de terahertz.
A diferència dels dissenys tradicionals que es basen en guies d'ona asimètriques complexes i dependents de la freqüència, el nou multiplexor utilitza un revestiment anisòtrop amb només una lleugera dependència de la freqüència. Aquest enfocament aprofita plenament l'ample ample de banda que proporcionen els acobladors cònics.
El resultat és un ample de banda fraccional proper al 40%, un PER mitjà que supera els 20 dB i una pèrdua d'inserció mínima d'aproximadament 1 dB. Aquestes mètriques de rendiment superen amb escreix les dels dissenys òptics i de microones existents, que sovint pateixen una amplada de banda estreta i una gran pèrdua.
El treball de l'equip d'investigació no només millora l'eficiència dels sistemes de terahertz, sinó que també posa les bases per a una nova era en la comunicació sense fils. El doctor Gao va assenyalar: "Aquesta innovació és un motor clau per desbloquejar el potencial de la comunicació de terahertz". Les aplicacions inclouen la transmissió de vídeo d'alta definició, la realitat augmentada i les xarxes mòbils de nova generació com 6G.
Les solucions tradicionals de gestió de la polarització de terahertz, com ara els transductors de mode ortogonal (OMT) basats en guies d'ones metàl·liques rectangulars, s'enfronten a limitacions importants. Les guies d'ones metàl·liques experimenten pèrdues ohmiques augmentades a freqüències més altes i els seus processos de fabricació són complexos a causa dels estrictes requisits geomètrics.
Els multiplexors de polarització òptica, inclosos els que utilitzen interferòmetres Mach-Zehnder o cristalls fotònics, ofereixen una millor integrabilitat i pèrdues més baixes, però sovint requereixen compensacions entre ample de banda, compacitat i complexitat de fabricació.
Els acobladors direccionals s'utilitzen àmpliament en sistemes òptics i requereixen una forta birrefringència de polarització per aconseguir una mida compacta i un alt PER. Tanmateix, estan limitats per l'ample de banda estret i la sensibilitat a les toleràncies de fabricació.
El nou multiplexor combina els avantatges dels acobladors direccionals cònics i un revestiment mitjà efectiu, superant aquestes limitacions. El revestiment anisòtrop presenta una birrefringència significativa, assegurant un alt PER en una amplada de banda àmplia. Aquest principi de disseny marca una sortida dels mètodes tradicionals, proporcionant una solució escalable i pràctica per a la integració de terahertz.
La validació experimental del multiplexor va confirmar el seu rendiment excepcional. El dispositiu funciona de manera eficient en el rang de 225-330 GHz, aconseguint una amplada de banda fraccionada del 37,8% mantenint un PER per sobre de 20 dB. La seva mida compacta i la seva compatibilitat amb els processos de fabricació estàndard el fan adequat per a la producció en massa.
El Dr. Gao va comentar: "Aquesta innovació no només millora l'eficiència dels sistemes de comunicació de terahertz, sinó que també obre el camí per a xarxes sense fils d'alta velocitat més potents i fiables".
Les aplicacions potencials d'aquesta tecnologia van més enllà dels sistemes de comunicació. En millorar la utilització de l'espectre, el multiplexor pot impulsar avenços en camps com ara el radar, la imatge i l'Internet de les coses. "D'aquí a una dècada, esperem que aquestes tecnologies de terahertz siguin àmpliament adoptades i integrades en diverses indústries", va dir el professor Withayachumnankul.
El multiplexor també es pot integrar perfectament amb dispositius de formació de feixos anteriors desenvolupats per l'equip, permetent funcionalitats de comunicació avançades en una plataforma unificada. Aquesta compatibilitat posa de manifest la versatilitat i escalabilitat de l'eficaç plataforma de guia d'ones dielèctrica de revestiment mitjà.
Els resultats de la investigació de l'equip s'han publicat a la revista Laser & Photonic Reviews, posant l'accent en la seva importància per avançar en la tecnologia de terahertz fotònic. El professor Fujita va comentar: "En superar les barreres tècniques crítiques, s'espera que aquesta innovació estimuli l'interès i l'activitat de recerca en el camp".
Els investigadors preveuen que el seu treball inspirarà noves aplicacions i noves millores tecnològiques en els propers anys, que en última instància conduirà a prototips i productes comercials.
Aquest multiplexor representa un pas important per alliberar el potencial de la comunicació de terahertz. Estableix un nou estàndard per als dispositius de terahertz integrats amb les seves mètriques de rendiment sense precedents.
A mesura que la demanda de xarxes de comunicació d'alta velocitat i gran capacitat continua creixent, aquestes innovacions tindran un paper crucial en la configuració del futur de la tecnologia sense fil.
Hora de publicació: 16-12-2024