Un nou tipus de multiplexor de terahertz ha duplicat la capacitat de dades i ha millorat significativament la comunicació 6G amb un ample de banda sense precedents i una baixa pèrdua de dades.
Investigadors han introduït un multiplexor de terahertz de banda súper ampla que duplica la capacitat de dades i aporta avenços revolucionaris al 6G i més enllà. (Font de la imatge: Getty Images)
La comunicació sense fil de nova generació, representada per la tecnologia de terahertz, promet revolucionar la transmissió de dades.
Aquests sistemes operen a freqüències de terahertz, oferint un ample de banda inigualable per a la transmissió i comunicació de dades ultraràpides. Tanmateix, per aprofitar plenament aquest potencial, cal superar reptes tècnics importants, sobretot en la gestió i la utilització eficaç de l'espectre disponible.
Un avenç innovador ha abordat aquest repte: el primer (des)multiplexor de polarització de terahertz integrat de banda ultra ampla realitzat en una plataforma de silici sense substrat.
Aquest disseny innovador està dirigit a la banda J de subterahertz (220-330 GHz) i pretén transformar la comunicació per al 6G i més enllà. El dispositiu duplica eficaçment la capacitat de dades alhora que manté una baixa taxa de pèrdua de dades, preparant el camí per a xarxes sense fil 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 Dr. 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 cap rang de freqüència, cosa que representa un salt significatiu per als multiplexors integrats.
Els multiplexors de polarització són essencials en la comunicació moderna, ja que permeten que múltiples senyals comparteixin la mateixa banda de freqüència, millorant significativament la capacitat del canal.
El nou dispositiu aconsegueix això mitjançant la utilització d'acobladors direccionals cònics i un revestiment de medi anisotròpic eficaç. Aquests components milloren la birefringència de polarització, donant lloc a una alta relació d'extinció de polarització (PER) i un ample de banda ampli, 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 anisotròpic amb només una lleugera dependència de la freqüència. Aquest enfocament aprofita al màxim l'ampli ample de banda proporcionat pels acobladors cònics.
El resultat és un ample de banda fraccionari proper al 40%, un PER mitjà superior a 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 d'ample de banda estret i pèrdues elevades.
El treball de l'equip de recerca no només millora l'eficiència dels sistemes de terahertz, sinó que també estableix les bases per a una nova era en la comunicació sense fil. El Dr. Gao va assenyalar: "Aquesta innovació és un factor 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 el 6G.
Les solucions tradicionals de gestió de la polarització de terahertz, com ara els transductors de mode ortogonal (OMT) basats en guies d'ona metàl·liques rectangulars, s'enfronten a limitacions importants. Les guies d'ona metàl·liques experimenten pèrdues òhmiques més elevades a freqüències més altes i els seus processos de fabricació són complexos a causa dels requisits geomètrics estrictes.
Els multiplexors de polarització òptica, inclosos els que utilitzen interferòmetres de Mach-Zehnder o cristalls fotònics, ofereixen una millor integrabilitat i pèrdues més baixes, però sovint requereixen compromisos entre amplada de banda, compacitat i complexitat de fabricació.
Els acobladors direccionals s'utilitzen àmpliament en sistemes òptics i requereixen una forta birefringència de polarització per aconseguir una mida compacta i un PER elevat. Tanmateix, estan limitats per un 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 de medi eficaç, superant aquestes limitacions. El revestiment anisotròpic presenta una birefringència significativa, cosa que garanteix un PER elevat en un ample de banda ampli. Aquest principi de disseny marca un allunyament dels mètodes tradicionals, proporcionant una solució escalable i pràctica per a la integració de terahertzs.
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 un ample de banda fraccional del 37,8% i mantenint un PER superior a 20 dB. La seva mida compacta i la compatibilitat amb els processos de fabricació estàndard el fan adequat per a la producció en massa.
El Dr. Gao va remarcar: "Aquesta innovació no només millora l'eficiència dels sistemes de comunicació de terahertz, sinó que també obre el camí a xarxes sense fil d'alta velocitat més potents i fiables".
Les possibles aplicacions d'aquesta tecnologia s'estenen més enllà dels sistemes de comunicació. En millorar la utilització de l'espectre, el multiplexor pot impulsar avenços en camps com el radar, les imatges i la Internet de les coses. "En una dècada, esperem que aquestes tecnologies de terahertz siguin àmpliament adoptades i integrades en diverses indústries", va afirmar el professor Withayachumnankul.
El multiplexor també es pot integrar perfectament amb dispositius de formació de feix anteriors desenvolupats per l'equip, permetent funcionalitats de comunicació avançades en una plataforma unificada. Aquesta compatibilitat destaca la versatilitat i l'escalabilitat de la plataforma efectiva de guia d'ones dielèctrica de revestiment mitjà.
Els resultats de la recerca de l'equip s'han publicat a la revista Laser & Photonic Reviews, i destaquen la seva importància en l'avanç de la tecnologia fotònica de terahertz. El professor Fujita va remarcar: "En superar les barreres tècniques crítiques, s'espera que aquesta innovació estimuli l'interès i l'activitat de recerca en aquest camp".
Els investigadors preveuen que el seu treball inspirarà noves aplicacions i millores tecnològiques en els propers anys, que finalment conduiran a prototips i productes comercials.
Aquest multiplexor representa un pas endavant significatiu per desbloquejar el potencial de la comunicació de terahertz. Estableix un nou estàndard per als dispositius integrats de terahertz amb les seves mètriques de rendiment sense precedents.
A mesura que la demanda de xarxes de comunicació d'alta velocitat i alta capacitat continua creixent, aquestes innovacions tindran un paper crucial en la configuració del futur de la tecnologia sense fil.
Data de publicació: 16 de desembre de 2024