ახალი ულტრაფართოზოლოვანი 997 გჰცელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი
ახალმა ულტრაფართოზოლოვანმა ელექტრო-ოპტიკურმა მოდულატორმა გამტარუნარიანობის რეკორდი 997 გჰც-მდე დაამყარა.
ცოტა ხნის წინ, შვეიცარიის ქალაქ ციურიხში კვლევითმა ჯგუფმა წარმატებით შეიმუშავა ულტრაფართოზოლოვანი ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი, რომელიც მუშაობს 10 MHz-დან 1.14 THz სიხშირეებზე, რითაც 997 GHz სიხშირეზე 3 dB გამტარობის რეკორდი დაამყარა, რაც ამჟამინდელ რეკორდზე ორჯერ მეტია. ეს გარღვევა პლაზმური მოდულატორების ოპტიმიზირებულ დიზაინს მიეწერება, რაც მომავლის ტერაჰერცული ფოტონური ინტეგრირებული სქემების (PIC) შექმნის სრულიად ახალ სივრცეს ქმნის.
ამჟამად, უკაბელო კომუნიკაცია ძირითადად მიკროტალღებსა და მილიმეტრულ ტალღებზეა დამოკიდებული, თუმცა ამ სიხშირული დიაპაზონების სპექტრის რესურსები, როგორც წესი, გაჯერებულია. მიუხედავად იმისა, რომ ოპტიკურ კომუნიკაციას დიდი გამტარობა აქვს, მისი პირდაპირ გამოყენება თავისუფალ სივრცეში უკაბელო გადაცემისთვის შეუძლებელია. ამიტომ, თერაცის ტიპის კომუნიკაცია უკაბელო და ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ქსელების დამაკავშირებელ „ოქროს ხიდად“ ითვლება, რაც იდეალურ გადაწყვეტას წარმოადგენს 6G და უფრო მაღალი სიჩქარის საკომუნიკაციო სისტემებისთვის. პრობლემა იმაში მდგომარეობს, რომ არსებული ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორების (მაგალითად,LiNbO₃ მოდულატორი, InGaAs და სილიციუმის ბაზაზე დამზადებული მასალები) THz სიხშირის დიაპაზონში შორს არის საკმარისისგან. სიგნალის შესუსტება აშკარაა. სამუშაო გამტარობა მხოლოდ დაახლოებით 14 გჰც-ია, ხოლო მაქსიმალური გადამტანი სიხშირე მხოლოდ 100 გჰც-ია, რაც შორს არის THz კომუნიკაციისთვის საჭირო სტანდარტების დაკმაყოფილებისგან. ამ სტატიაში მკვლევარებმა შეიმუშავეს ახალი პლაზმური მოდულატორი, რომელმაც წარმატებით გაზარდა 3 დბ გამტარობა 997 გჰც-მდე, რაც ამჟამინდელ რეკორდზე ორჯერ მეტია, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში. ეს გარღვევა არა მხოლოდ ტრადიციული ტექნოლოგიების შეზღუდვებს არღვევს, არამედ აფართოებს THz კომუნიკაციის მომავალი განვითარების გზას!
სურათი 1. პლაზმური ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი THz სიხშირის დიაპაზონით
ამ ახალი ტიპის მოდულატორის ძირითადი გარღვევა მაღალტექნოლოგიურ, „პლაზმურ ეფექტში“ მდგომარეობს. წარმოიდგინეთ, რომ როდესაც სინათლე ლითონის ნანოსტრუქტურის ზედაპირზე ანათებს, ის რეზონანსს უწევს მასალაში არსებულ ელექტრონებს - ელექტრონები სინათლის მიერ ამოძრავებულნი კოლექტიურად ირხევიან და ქმნიან განსაკუთრებული სახის ტალღას. სწორედ ეს რყევა საშუალებას იძლევამოდულატორიოპტიკური სიგნალების უკიდურესად მაღალი ეფექტურობით მანიპულირებისთვის. ექსპერიმენტული შედეგები აჩვენებს, რომ მოდულატორი ავლენს კარგ მოდულაციის მახასიათებლებს მუდმივი დენის (მუდმივი დენის) დიაპაზონში 1.14 თჰც-მდე და აქვს სტაბილური გაძლიერება 500 გჰც-დან 800 გჰც-მდე სიხშირის დიაპაზონში.
მოდულატორის მუშაობის მექანიზმის სიღრმისეულად შესასწავლად, კვლევის ჯგუფმა შექმნა დეტალური ეკვივალენტური წრედის მოდელი და სიმულაციის გზით გააანალიზა სხვადასხვა სტრუქტურული პარამეტრების გავლენა მოდულატორის მუშაობაზე. ექსპერიმენტული შედეგები კარგად ემთხვევა თეორიულ მოდელს, რაც კიდევ უფრო ადასტურებს მოდულატორის ეფექტურობას და სტაბილურობას. გარდა ამისა, მკვლევარებმა შემოგვთავაზეს გაუმჯობესების გეგმა. მოსალოდნელია, რომ ოპტიმიზებული დიზაინის წყალობით, ამ მოდულატორის მუშაობის სიხშირე მომავალში შეიძლება გადააჭარბოს 1 თეთჰც-ს და 2 თეთჰც-საც კი მიაღწიოს!
ეს კვლევა ადასტურებს პლაზმის დიდ პოტენციალს.ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორებითერაცული კომუნიკაციისა და ფოტონური ინტეგრირებული სქემების (PIC) სფეროში. ეს მოწყობილობა, ულტრაფართოზოლოვანი, მაღალი ეფექტურობისა და ინტეგრირების მახასიათებლებით, თერაცული სიგნალის მოდულაციის სრულიად ახალ გადაწყვეტას წარმოადგენს. მომავალში, მოწყობილობის დიზაინისა და წარმოების პროცესების შემდგომი ოპტიმიზაციის შედეგად, პლაზმური მოდულატორების სამუშაო სიხშირე, სავარაუდოდ, 2 თერაცულ სიგნალს გადააჭარბებს, რაც მონაცემთა გადაცემის უფრო მაღალ სიჩქარეს და სპექტრის უფრო ფართო დაფარვას უზრუნველყოფს. თერაცული ერის დადგომა არა მხოლოდ მონაცემთა უფრო სწრაფ გადაცემას და უფრო ზუსტ აღმოჩენის შესაძლებლობებს ნიშნავს, არამედ ხელს შეუწყობს მრავალი სფეროს, როგორიცაა უკაბელო კომუნიკაცია, ოპტიკური გამოთვლები და ინტელექტუალური აღმოჩენა, ღრმა ინტეგრაციას. პლაზმური ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორების გარღვევა შეიძლება გახდეს თერაცული ტექნოლოგიის განვითარებისკენ მიმავალი მთავარი ნაბიჯი, რაც მომავალი საინფორმაციო საზოგადოების მაღალსიჩქარიანი ურთიერთდაკავშირების საფუძველს შექმნის.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 9 ივნისი