Jenis pemultipleks terahertz baharu telah menggandakan kapasiti data dan meningkatkan komunikasi 6G dengan ketara dengan lebar jalur yang belum pernah terjadi sebelumnya dan kehilangan data yang rendah.
Penyelidik telah memperkenalkan pemultipleks terahertz jalur super lebar yang menggandakan kapasiti data dan membawa kemajuan revolusioner kepada 6G dan seterusnya. (Sumber imej: Getty Images)
Komunikasi tanpa wayar generasi akan datang, yang diwakili oleh teknologi terahertz, berjanji untuk merevolusikan penghantaran data.
Sistem ini beroperasi pada frekuensi terahertz, menawarkan lebar jalur yang tiada tandingan untuk penghantaran dan komunikasi data ultra-pantas. Walau bagaimanapun, untuk merealisasikan potensi ini sepenuhnya, cabaran teknikal yang ketara mesti diatasi, terutamanya dalam mengurus dan menggunakan spektrum yang ada dengan berkesan.
Kemajuan terobosan telah menangani cabaran ini: pemultipleks polarisasi terahertz bersepadu ultra lebar jalur pertama yang direalisasikan pada platform silikon bebas substrat.
Reka bentuk inovatif ini menyasarkan jalur J sub-terahertz (220-330 GHz) dan bertujuan untuk mengubah komunikasi untuk 6G dan seterusnya. Peranti ini menggandakan kapasiti data dengan berkesan sambil mengekalkan kadar kehilangan data yang rendah, membuka jalan untuk rangkaian wayarles berkelajuan tinggi yang cekap dan boleh dipercayai.
Pasukan di sebalik kejayaan ini termasuk Profesor Withawat Withayachumnankul dari Sekolah Kejuruteraan Elektrik dan Mekanikal Universiti Adelaide, Dr. Weijie Gao, kini seorang penyelidik pasca doktoral di Universiti Osaka, dan Profesor Masayuki Fujita.
Profesor Withayachumnankul menyatakan, "Pemultipleks polarisasi yang dicadangkan membolehkan berbilang aliran data dihantar serentak dalam jalur frekuensi yang sama, dengan berkesan menggandakan kapasiti data." Lebar lebar relatif yang dicapai oleh peranti tidak pernah berlaku sebelum ini merentasi mana-mana julat frekuensi, mewakili lonjakan ketara untuk pemultipleks bersepadu.
Pemultipleks polarisasi adalah penting dalam komunikasi moden kerana ia membolehkan berbilang isyarat berkongsi jalur frekuensi yang sama, meningkatkan kapasiti saluran dengan ketara.
Peranti baharu mencapai matlamat ini dengan menggunakan pengganding arah kon dan pelapisan sederhana berkesan anisotropik. Komponen ini meningkatkan dwirefringens polarisasi, menghasilkan nisbah kepupusan polarisasi (PER) yang tinggi dan lebar jalur lebar—ciri utama sistem komunikasi terahertz yang cekap.
Tidak seperti reka bentuk tradisional yang bergantung pada pandu gelombang asimetri yang kompleks dan bergantung kepada frekuensi, pemultipleks baharu menggunakan pelapisan anisotropik dengan hanya pergantungan frekuensi yang sedikit. Pendekatan ini memanfaatkan sepenuhnya lebar jalur yang disediakan oleh pengganding kon.
Hasilnya ialah lebar jalur pecahan hampir 40%, purata PER melebihi 20 dB, dan kehilangan sisipan minimum kira-kira 1 dB. Metrik prestasi ini jauh mengatasi reka bentuk optik dan gelombang mikro sedia ada, yang sering mengalami lebar jalur yang sempit dan kerugian yang tinggi.
Kerja pasukan penyelidik bukan sahaja meningkatkan kecekapan sistem terahertz tetapi juga meletakkan asas untuk era baharu dalam komunikasi tanpa wayar. Dr. Gao menyatakan, "Inovasi ini merupakan pemacu utama dalam membuka kunci potensi komunikasi terahertz." Aplikasi termasuk penstriman video definisi tinggi, realiti tambahan dan rangkaian mudah alih generasi seterusnya seperti 6G.
Penyelesaian pengurusan polarisasi terahertz tradisional, seperti transduser mod ortogon (OMT) berdasarkan pandu gelombang logam segi empat tepat, menghadapi had yang ketara. Pandu gelombang logam mengalami peningkatan kehilangan ohmik pada frekuensi yang lebih tinggi, dan proses pembuatannya adalah kompleks kerana keperluan geometri yang ketat.
Pemultipleks polarisasi optik, termasuk yang menggunakan interferometer Mach-Zehnder atau kristal fotonik, menawarkan kebolehintegrasian yang lebih baik dan kehilangan yang lebih rendah tetapi selalunya memerlukan pertukaran antara lebar jalur, kekompakan dan kerumitan pembuatan.
Pengganding arah digunakan secara meluas dalam sistem optik dan memerlukan birefringence polarisasi yang kuat untuk mencapai saiz padat dan PER tinggi. Walau bagaimanapun, mereka dihadkan oleh lebar jalur yang sempit dan kepekaan terhadap toleransi pembuatan.
Pemultipleks baharu menggabungkan kelebihan pengganding arah kon dan pelapisan sederhana yang berkesan, mengatasi batasan ini. Pelapisan anisotropik mempamerkan birefringence yang ketara, memastikan PER tinggi merentasi lebar jalur yang luas. Prinsip reka bentuk ini menandakan perlepasan daripada kaedah tradisional, menyediakan penyelesaian berskala dan praktikal untuk penyepaduan terahertz.
Pengesahan eksperimen pemultipleks mengesahkan prestasi luar biasanya. Peranti ini beroperasi dengan cekap dalam julat 225-330 GHz, mencapai lebar jalur pecahan 37.8% sambil mengekalkan PER melebihi 20 dB. Saiznya yang padat dan keserasian dengan proses pembuatan standard menjadikannya sesuai untuk pengeluaran besar-besaran.
Dr. Gao berkata, "Inovasi ini bukan sahaja meningkatkan kecekapan sistem komunikasi terahertz tetapi juga membuka jalan untuk rangkaian wayarles berkelajuan tinggi yang lebih berkuasa dan boleh dipercayai."
Aplikasi berpotensi teknologi ini melangkaui sistem komunikasi. Dengan mempertingkatkan penggunaan spektrum, pemultipleks boleh memacu kemajuan dalam bidang seperti radar, pengimejan dan Internet Perkara. "Dalam tempoh sedekad, kami menjangkakan teknologi terahertz ini akan diterima pakai secara meluas dan disepadukan merentasi pelbagai industri," kata Profesor Withayachumnankul.
Pemultipleks juga boleh disepadukan dengan lancar dengan peranti pembentuk pancaran awal yang dibangunkan oleh pasukan, membolehkan fungsi komunikasi lanjutan pada platform bersatu. Keserasian ini menyerlahkan kepelbagaian dan kebolehskalaan platform pandu gelombang dielektrik berpakaian sederhana yang berkesan.
Penemuan penyelidikan pasukan telah diterbitkan dalam jurnal Laser & Photonic Reviews, menekankan kepentingannya dalam memajukan teknologi terahertz fotonik. Profesor Fujita berkata, "Dengan mengatasi halangan teknikal yang kritikal, inovasi ini dijangka merangsang minat dan aktiviti penyelidikan dalam bidang itu."
Para penyelidik menjangkakan bahawa kerja mereka akan memberi inspirasi kepada aplikasi baharu dan penambahbaikan teknologi selanjutnya pada tahun-tahun akan datang, akhirnya membawa kepada prototaip dan produk komersial.
Pemultipleks ini mewakili satu langkah penting ke hadapan dalam membuka kunci potensi komunikasi terahertz. Ia menetapkan standard baharu untuk peranti terahertz bersepadu dengan metrik prestasinya yang belum pernah berlaku sebelum ini.
Memandangkan permintaan untuk rangkaian komunikasi berkelajuan tinggi dan berkapasiti tinggi terus berkembang, inovasi sedemikian akan memainkan peranan penting dalam membentuk masa depan teknologi tanpa wayar.
Masa siaran: Dis-16-2024