Nový ultraširokopásmový 997 GHzelektrooptický modulátor
Nový ultraširokopásmový elektrooptický modulátor dosiahol rekord v šírke pásma 997 GHz
Výskumný tím v Zürichu vo Švajčiarsku nedávno úspešne vyvinul ultraširokopásmový elektrooptický modulátor, ktorý pracuje na frekvenciách od 10 MHz do 1,14 THz, pričom pri 997 GHz dosiahol rekord v šírke pásma 3 dB, čo je dvojnásobok súčasného rekordu. Tento prielom sa pripisuje optimalizovanému dizajnu plazmových modulátorov, ktoré otvárajú úplne nový priestor pre budúce terahertzové fotonické integrované obvody (PIC).
V súčasnosti sa bezdrôtová komunikácia spolieha najmä na mikrovlny a milimetrové vlny, ale spektrálne zdroje týchto frekvenčných pásiem majú tendenciu byť nasýtené. Hoci má optická komunikácia veľkú šírku pásma, nemožno ju priamo použiť na bezdrôtový prenos vo voľnom priestore. Preto sa THz komunikácia považuje za „zlatý most“ spájajúci bezdrôtové a optické siete a poskytuje ideálne riešenie pre 6G a rýchlejšie komunikačné systémy. Problém spočíva v tom, že výkon existujúcich elektrooptických modulátorov (ako napr.Modulátor LiNbO₃, InGaAs a materiály na báze kremíka) v THz frekvenčnom pásme zďaleka nie je dostatočné. Útlm signálu je zrejmý. Pracovná šírka pásma je iba približne 14 GHz a maximálna nosná frekvencia je iba 100 GHz, čo zďaleka nespĺňa štandardy požadované pre THz komunikáciu. V tomto článku výskumníci vyvinuli nový modulátor na báze plazmy, ktorý úspešne zvýšil šírku pásma o 3 dB na 997 GHz, čo je dvojnásobok súčasného rekordu, ako je znázornené na obrázku 1. Tento prielom nielen prekonáva obmedzenia tradičných technológií, ale tiež rozširuje cestu pre budúci vývoj THz komunikácie!
Obrázok 1 Plazmový elektrooptický modulátor s THz šírkou pásma
Hlavný prelom tohto nového typu modulátora spočíva v high-tech nazývanej „plazmový efekt“. Predstavte si, že keď svetlo svieti na povrch kovovej nanostruktúry, rezonuje s elektrónmi v materiáli – elektróny kolektívne oscilujú poháňané svetlom a vytvárajú špeciálny druh vlny. Práve toto kolísanie umožňuje...modulátormanipulovať s optickými signálmi s extrémne vysokou účinnosťou. Experimentálne výsledky ukazujú, že modulátor vykazuje dobré modulačné charakteristiky v rozsahu jednosmerného prúdu (DC) do 1,14 THz a má stabilný zisk vo frekvenčnom pásme od 500 GHz do 800 GHz.
Pre hlbšie štúdium mechanizmu fungovania modulátora výskumný tím zostrojil podrobný ekvivalentný obvodový model a prostredníctvom simulácie analyzoval vplyv rôznych štrukturálnych parametrov na výkon modulátora. Experimentálne výsledky sú v dobrej zhode s teoretickým modelom, čo ďalej potvrdzuje účinnosť a stabilitu modulátora. Okrem toho výskumníci navrhli plán na zlepšenie. Očakáva sa, že vďaka optimalizovanému dizajnu môže prevádzková frekvencia tohto modulátora v budúcnosti prekročiť 1 THz a dokonca dosiahnuť viac ako 2 THz!
Táto štúdia poukazuje na veľký potenciál plazmyelektrooptické modulátoryv teraHz komunikácii a fotonických integrovaných obvodoch (PIC). Toto zariadenie so svojimi charakteristikami ultraširokopásmového pásma, vysokej účinnosti a integrovateľnosti poskytuje úplne nové riešenie pre moduláciu teraHz signálu. V budúcnosti sa očakáva, že s ďalšou optimalizáciou návrhu a výrobných procesov zariadení prevádzková frekvencia plazmových modulátorov prekročí 2 teraHz, čím sa dosiahnu vyššie dátové rýchlosti a širšie spektrálne pokrytie. Príchod éry teraHz znamená nielen rýchlejší prenos dát a presnejšie snímacie schopnosti, ale tiež podporí hlbokú integráciu viacerých oblastí, ako je bezdrôtová komunikácia, optické výpočty a inteligentná detekcia. Prelom plazmových elektrooptických modulátorov sa môže stať kľúčovým krokom vedúcim k rozvoju teraHz technológie a poskytnúť základ pre vysokorýchlostné prepojenie budúcej informačnej spoločnosti.
Čas uverejnenia: 9. júna 2025