Satu 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.
Para 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, menjanjikan revolusi 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 tersedia dengan berkesan.
Satu kemajuan yang inovatif telah menangani cabaran ini: pemultipleks polarisasi terahertz (de) bersepadu ultra-jalur lebar 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 secara berkesan menggandakan kapasiti data sambil mengekalkan kadar kehilangan data yang rendah, sekali gus membuka jalan untuk rangkaian tanpa wayar berkelajuan tinggi yang cekap dan andal.
Pasukan di sebalik pencapaian penting 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 secara serentak dalam jalur frekuensi yang sama, sekali gus menggandakan kapasiti data dengan berkesan." Lebar jalur relatif yang dicapai oleh peranti ini belum pernah terjadi sebelumnya merentasi sebarang julat frekuensi, mewakili satu lonjakan ketara untuk pemultipleks bersepadu.
Pemultipleks polarisasi adalah penting dalam komunikasi moden kerana ia membolehkan pelbagai isyarat berkongsi jalur frekuensi yang sama, sekali gus meningkatkan kapasiti saluran dengan ketara.
Peranti baharu ini mencapai matlamat ini dengan menggunakan pengganding berarah kon dan pelapisan medium berkesan anisotropik. Komponen ini meningkatkan dwirefringensi polarisasi, menghasilkan nisbah kepupusan polarisasi (PER) yang tinggi dan lebar jalur yang luas—ciri utama sistem komunikasi terahertz yang cekap.
Tidak seperti reka bentuk tradisional yang bergantung pada pandu gelombang asimetri yang kompleks dan bergantung pada frekuensi, pemultipleks baharu ini menggunakan pelapisan anisotropik dengan hanya sedikit kebergantungan frekuensi. Pendekatan ini memanfaatkan sepenuhnya lebar jalur yang mencukupi 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 kehilangan yang tinggi.
Kerja pasukan penyelidikan 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 potensi komunikasi terahertz." Aplikasi termasuk penstriman video definisi tinggi, realiti imbuhan dan rangkaian mudah alih generasi akan datang seperti 6G.
Penyelesaian pengurusan polarisasi terahertz tradisional, seperti transduser mod ortogon (OMT) berdasarkan pandu gelombang logam segi empat tepat, menghadapi batasan yang ketara. Pandu gelombang logam mengalami peningkatan kehilangan omik pada frekuensi yang lebih tinggi, dan proses pembuatannya adalah kompleks disebabkan oleh keperluan geometri yang ketat.
Pemultipleks polarisasi optik, termasuk yang menggunakan interferometer Mach-Zehnder atau kristal fotonik, menawarkan kebolehintegrasian yang lebih baik dan kerugian yang lebih rendah tetapi selalunya memerlukan keseimbangan antara lebar jalur, kekompakan dan kerumitan pembuatan.
Pengganding berarah digunakan secara meluas dalam sistem optik dan memerlukan birefringence polarisasi yang kuat untuk mencapai saiz padat dan PER yang tinggi. Walau bagaimanapun, ia dihadkan oleh lebar jalur yang sempit dan kepekaan terhadap toleransi pembuatan.
Pemultipleks baharu ini menggabungkan kelebihan pengganding berarah kon dan pelapisan medium yang berkesan, mengatasi batasan ini. Pelapisan anisotropik mempamerkan birefringence yang ketara, memastikan PER yang tinggi merentasi lebar jalur yang luas. Prinsip reka bentuk ini menandakan penyimpangan daripada kaedah tradisional, menyediakan penyelesaian yang boleh diskala dan praktikal untuk integrasi terahertz.
Pengesahan eksperimen pemultipleks mengesahkan prestasinya yang luar biasa. Peranti ini beroperasi dengan cekap dalam julat 225-330 GHz, mencapai lebar jalur pecahan sebanyak 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 tanpa wayar berkelajuan tinggi yang lebih berkuasa dan andal."
Potensi aplikasi teknologi ini melangkaui sistem komunikasi. Dengan menambah baik penggunaan spektrum, pemultipleks boleh memacu kemajuan dalam bidang seperti radar, pengimejan dan Internet of Things. "Dalam tempoh sedekad, kami menjangkakan teknologi terahertz ini akan diterima pakai secara meluas dan disepadukan merentasi pelbagai industri," kata Profesor Withayachumnankul.
Pemultipleks ini juga boleh disepadukan dengan lancar dengan peranti pembentukan alur terdahulu yang dibangunkan oleh pasukan, membolehkan fungsi komunikasi lanjutan pada platform bersatu. Keserasian ini menonjolkan fleksibiliti dan kebolehskalaan platform pandu gelombang dielektrik berlapis sederhana yang berkesan.
Penemuan penyelidikan pasukan itu telah diterbitkan dalam jurnal Laser & Photonic Reviews, menekankan kepentingannya dalam memajukan teknologi fotonik terahertz. Profesor Fujita berkata, "Dengan mengatasi halangan teknikal yang kritikal, inovasi ini dijangka dapat merangsang minat dan aktiviti penyelidikan dalam bidang ini."
Para penyelidik menjangkakan bahawa kerja mereka akan memberi inspirasi kepada aplikasi baharu dan penambahbaikan teknologi selanjutnya pada tahun-tahun akan datang, yang akhirnya membawa kepada prototaip dan produk komersial.
Pemultipleks ini mewakili langkah ke hadapan yang penting dalam membuka potensi komunikasi terahertz. Ia menetapkan piawaian baharu untuk peranti terahertz bersepadu dengan metrik prestasinya yang belum pernah terjadi sebelumnya.
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: 16 Dis-2024