Terahertzeko multiplexor mota berri batek datu-ahalmena bikoiztu eta 6G komunikazioa nabarmen hobetu du, aurrekaririk gabeko banda-zabalera eta datu-galera txikiarekin.
Ikertzaileek banda zabaleko terahertz multiplexadore bat aurkeztu dute, datuen edukiera bikoizten duena eta 6Gra eta haratagoko aurrerapen iraultzaileak ekartzen dituena. (Irudiaren iturria: Getty Images)
Hurrengo belaunaldiko haririk gabeko komunikazioak, terahertz teknologiak ordezkatuta, datuen transmisioa iraultzea agintzen du.
Sistema hauek terahertz maiztasunetan funtzionatzen dute, datuen transmisio eta komunikazio ultra-azkarrerako banda-zabalera paregabea eskainiz. Hala ere, potentzial hori guztiz gauzatzeko, erronka tekniko garrantzitsuak gainditu behar dira, batez ere eskuragarri dagoen espektroa kudeatu eta eraginkortasunez erabiltzean.
Aurrerapen iraultzaile batek erronka horri aurre egin dio: substraturik gabeko siliziozko plataforma batean gauzatutako lehen banda zabaleko terahertz polarizazio (des)multiplexadorea.
Diseinu berritzaile honek J banda azpi-terahertzean (220-330 GHz) jartzen du arreta eta 6G eta haratagoko komunikazioa eraldatzea du helburu. Gailuak datu-ahalmena bikoizten du eraginkortasunez, datu-galera-tasa baxua mantenduz, haririk gabeko sare eraginkor eta fidagarrietarako bidea zabalduz.
Mugarri honen atzean dagoen taldean daude Withawat Withayachumnankul irakaslea, Adelaida Unibertsitateko Ingeniaritza Elektriko eta Mekanikoko Eskolakoa; Weijie Gao doktorea, gaur egun Osakako Unibertsitateko doktorego ondoko ikertzailea, eta Masayuki Fujita irakaslea.
Withayachumnankul irakasleak adierazi zuen: "Proposatutako polarizazio multiplexadoreak datu-jario ugari aldi berean transmititzea ahalbidetzen du maiztasun-banda berean, datuen edukiera bikoiztuz". Gailuak lortutako banda-zabalera erlatiboa aurrekaririk gabekoa da edozein maiztasun-tartetan, eta jauzi nabarmena da multiplexadore integratuentzat.
Polarizazio multiplexagailuak ezinbestekoak dira komunikazio modernoan, hainbat seinale maiztasun-banda bera partekatzea ahalbidetzen baitute, kanalaren edukiera nabarmen hobetuz.
Gailu berriak hori lortzen du kono-formako akopladore direkzionalak eta anisotropikoki eraginkorra den medio-estaldura erabiliz. Osagai hauek polarizazio-birrefrinkzioa hobetzen dute, eta ondorioz, polarizazio-itzaltze-erlazio (PER) handia eta banda-zabalera zabala lortzen dira, terahertzeko komunikazio-sistema eraginkorren ezaugarri nagusiak.
Uhin-gida asimetriko konplexu eta maiztasunaren araberakoetan oinarritzen diren diseinu tradizionalen aldean, multiplexor berriak estaldura anisotropikoa erabiltzen du, maiztasunaren araberako menpekotasun txiki batekin soilik. Ikuspegi honek akoplagailu konikoek ematen duten banda-zabalera zabala aprobetxatzen du erabat.
Emaitza % 40tik gertu dagoen banda-zabalera zatikia da, 20 dB baino gehiagoko batez besteko PER bat eta gutxi gorabehera 1 dB-ko txertatze-galera. Errendimendu-neurri hauek askoz ere handiagoak dira dauden diseinu optiko eta mikrouhinen errendimenduarekin alderatuta, eta hauek askotan banda-zabalera estua eta galera handia izaten dute.
Ikerketa-taldearen lanak ez du terahertz sistemen eraginkortasuna hobetzen bakarrik, baita haririk gabeko komunikazioaren aro berri baten oinarriak ezartzen ere. Gao doktoreak adierazi zuen: "Berrikuntza hau funtsezko eragilea da terahertz komunikazioaren potentziala askatzeko". Aplikazioen artean, definizio handiko bideo-streaming-a, errealitate areagotua eta hurrengo belaunaldiko sare mugikorrak daude, hala nola 6G.
Terahertzeko polarizazio kudeaketa irtenbide tradizionalek, hala nola metalezko uhin-gida angeluzuzenetan oinarritutako modu ortogonaleko transduktoreek (OMT), muga nabarmenak dituzte. Metalezko uhin-gidak maiztasun altuagoetan galera ohmiko handiagoak jasaten dituzte, eta haien fabrikazio prozesuak konplexuak dira eskakizun geometriko zorrotzak direla eta.
Polarizazio optikoko multiplexadoreek, Mach-Zehnder interferometroak edo kristal fotonikoak erabiltzen dituztenak barne, integragarritasun hobea eta galera txikiagoak eskaintzen dituzte, baina askotan banda-zabaleraren, trinkotasunaren eta fabrikazio-konplexutasunaren arteko konpromisoak behar dituzte.
Akoplagailu direkzionalak oso erabiliak dira sistema optikoetan eta polarizazio birrefrinkzio sendoa behar dute tamaina trinkoa eta PER altua lortzeko. Hala ere, banda-zabalera estua eta fabrikazio-tolerantzien sentikortasuna direla eta mugatuak dira.
Multiplexore berriak kono-formako akoplagailu direkzionalen eta euskarri-estaldura eraginkorraren abantailak konbinatzen ditu, muga horiek gaindituz. Estaldura anisotropikoak birrefrinkzio nabarmena erakusten du, PER handia bermatuz banda-zabalera zabal batean. Diseinu-printzipio honek metodo tradizionaletatik aldentzen da, terahertzeko integraziorako irtenbide eskalagarri eta praktikoa eskainiz.
Multiplexatzailearen balidazio esperimentalak bere errendimendu bikaina berretsi zuen. Gailuak eraginkortasunez funtzionatzen du 225-330 GHz-ko tartean, % 37,8ko banda-zabalera frakzionala lortuz, 20 dB-tik gorako PER bat mantenduz. Bere tamaina trinkoa eta fabrikazio-prozesu estandarrekin bateragarria denez, ekoizpen masiborako egokia da.
Gao doktoreak adierazi zuenez, "Berrikuntza honek ez du terahertzeko komunikazio-sistemen eraginkortasuna hobetzen bakarrik, baita abiadura handiko haririk gabeko sare indartsuago eta fidagarriagoetarako bidea zabaltzen ere".
Teknologia honen aplikazio potentzialak komunikazio-sistemetatik haratago doaz. Espektroaren erabilera hobetuz, multiplexadoreak aurrerapenak bultzatu ditzake radarra, irudigintza eta Gauzen Internet bezalako arloetan. "Hamar urte barru, terahertzeko teknologia hauek hainbat industriatan zabaldu eta integratzea espero dugu", adierazi du Withayachumnankul irakasleak.
Multiplexorea taldeak garatutako lehenagoko habe-formazio gailuekin ere integra daiteke modu ezin hobean, plataforma bateratu batean komunikazio funtzionalitate aurreratuak ahalbidetuz. Bateragarritasun honek estaldura ertaineko dielektriko uhin-gida plataforma eraginkorraren moldakortasuna eta eskalagarritasuna nabarmentzen ditu.
Taldearen ikerketaren emaitzak Laser & Photonic Reviews aldizkarian argitaratu dira, terahertz fotonikoen teknologia aurreratzeko duten garrantzia azpimarratuz. Fujita irakasleak adierazi zuen: "Oztopo tekniko kritikoak gaindituz, berrikuntza honek arlo honetako interesa eta ikerketa-jarduera piztea espero da".
Ikertzaileek aurreikusten dute beren lanak aplikazio berriak eta hobekuntza teknologiko gehiago inspiratuko dituela datozen urteetan, eta, azkenean, prototipo eta produktu komertzialak sortuko dituztela.
Multiplexore honek aurrerapauso nabarmena dakar terahertzeko komunikazioaren potentziala askatzeko. Terahertzeko gailu integratuetarako estandar berri bat ezartzen du, bere errendimendu-neurri paregabeei esker.
Abiadura handiko eta gaitasun handiko komunikazio-sareen eskaria hazten jarraitzen duen heinean, berrikuntza horiek funtsezko zeregina izango dute haririk gabeko teknologiaren etorkizuna moldatzeko.
Argitaratze data: 2024ko abenduaren 16a