Ny ultrabredbånds 997 GHzelektrooptisk modulator
En ny ultrabredbånds elektrooptisk modulator har satt en båndbredderekord på 997 GHz
Nylig har et forskerteam i Zürich, Sveits, utviklet en ultrabredbånds elektrooptisk modulator som opererer på frekvenser fra 10 MHz til 1,14 THz, og setter en båndbredderekord på 3 dB på 997 GHz, som er dobbelt så høy som den nåværende rekorden. Dette gjennombruddet tilskrives den optimaliserte designen av plasmamodulatorer, noe som åpner opp et helt nytt rom for fremtidige terahertz fotoniske integrerte kretser (PIC-er).
For tiden er trådløs kommunikasjon hovedsakelig avhengig av mikrobølger og millimeterbølger, men spektrumressursene i disse frekvensbåndene har en tendens til å være mettet. Selv om optisk kommunikasjon har en stor båndbredde, kan den ikke brukes direkte til trådløs overføring i fritt rom. Derfor regnes THz-kommunikasjon som den "gylne broen" som forbinder trådløse og fiberoptiske nettverk, og gir en ideell løsning for 6G og høyere hastighetskommunikasjonssystemer. Problemet ligger i at ytelsen til eksisterende elektrooptiske modulatorer (somLiNbO₃-modulator, InGaAs og silisiumbaserte materialer) i THz-frekvensbåndet er langt fra tilstrekkelig. Signaldempingen er åpenbar. Arbeidsbåndbredden er bare omtrent 14 GHz, og den maksimale bærefrekvensen er bare 100 GHz, noe som er langt fra å oppfylle standardene som kreves for THz-kommunikasjon. I denne artikkelen har forskere utviklet en ny plasmabasert modulator, som har økt 3 dB-båndbredden til 997 GHz, som er dobbelt så høy som nåværende rekord, som vist i figur 1. Dette gjennombruddet bryter ikke bare begrensningene til tradisjonelle teknologier, men utvider også veien for fremtidig utvikling av THz-kommunikasjon!
Figur 1 Plasmaelektrooptisk modulator med THz-båndbredde
Det viktigste gjennombruddet i denne nye typen modulator ligger i høyteknologien som kalles «plasmaeffekten». Tenk deg at når lys skinner på overflaten av en metallnanostruktur, resonerer det med elektronene i materialet – elektronene oscillerer samlet drevet av lyset og danner en spesiell type bølge. Det er nettopp denne fluktuasjonen som muliggjørmodulatorå manipulere optiske signaler med ekstremt høy effektivitet. De eksperimentelle resultatene viser at modulatoren har gode modulasjonsegenskaper innenfor området DC (likestrøm) til 1,14 THz og har stabil forsterkning i frekvensbåndet 500 GHz til 800 GHz.
For å studere modulatorens virkemåte grundig, konstruerte forskerteamet en detaljert ekvivalentkretsmodell og analyserte påvirkningen av ulike strukturelle parametere på modulatorens ytelse gjennom simulering. De eksperimentelle resultatene er i god overensstemmelse med den teoretiske modellen, og bekrefter ytterligere effektiviteten og stabiliteten til modulatoren. I tillegg har forskerne foreslått en forbedringsplan. Det forventes at driftsfrekvensen til denne modulatoren, gjennom optimalisert design, kan overstige 1 THz i fremtiden, og til og med nå over 2 THz!
Denne studien viser det store potensialet til plasmaelektrooptiske modulatorerinnen THz-kommunikasjon og fotoniske integrerte kretser (PIC-er). Denne enheten, med sine egenskaper som ultrabredbånd, høy effektivitet og integrerbarhet, gir en helt ny løsning for THz-signalmodulering. I fremtiden, med ytterligere optimalisering av enhetsdesign og produksjonsprosesser, forventes driftsfrekvensen til plasmamodulatorer å overstige 2 THz, noe som gir høyere datahastigheter og bredere spektrumdekning. Fremveksten av THz-æraen betyr ikke bare raskere dataoverføring og mer nøyaktige sensoregenskaper, men vil også fremme dyp integrering av flere felt som trådløs kommunikasjon, optisk databehandling og intelligent deteksjon. Gjennombruddet innen plasmaelektrooptiske modulatorer kan bli et viktig skritt i utviklingen av THz-teknologi, og gi et grunnlag for høyhastighetsforbindelse i fremtidens informasjonssamfunn.
Publisert: 09.06.2025