Новый сверхширокополосный 997 ГГцэлектрооптический модулятор
Новый сверхширокополосный электрооптический модулятор установил рекорд пропускной способности в 997 ГГц
Недавно исследовательская группа из Цюриха (Швейцария) успешно разработала сверхширокополосный электрооптический модулятор, работающий в диапазоне частот от 10 МГц до 1,14 ТГц, установив рекорд ширины полосы пропускания в 3 дБ на частоте 997 ГГц, что вдвое превышает текущий рекорд. Этот прорыв обусловлен оптимизированной конструкцией плазменных модуляторов, открывающей совершенно новые возможности для будущих терагерцовых фотонных интегральных схем (ФИС).
В настоящее время беспроводная связь в основном использует микроволны и миллиметровые волны, но спектральные ресурсы этих диапазонов частот, как правило, уже исчерпаны. Несмотря на широкую полосу пропускания оптической связи, её невозможно напрямую использовать для беспроводной передачи данных в свободном пространстве. Поэтому терагерцовая связь считается «золотым мостом», соединяющим беспроводные и оптоволоконные сети, обеспечивая идеальное решение для сетей 6G и более скоростных систем связи. Проблема заключается в том, что характеристики существующих электрооптических модуляторов (таких какмодулятор LiNbO₃(InGaAs, InGaAs и материалы на основе кремния) в терагерцовом диапазоне частот далеко недостаточны. Затухание сигнала очевидно. Рабочая полоса пропускания составляет всего около 14 ГГц, а максимальная несущая частота — всего 100 ГГц, что далеко не соответствует стандартам, требуемым для терагерцовой связи. В данной статье исследователи разработали новый плазменный модулятор, успешно увеличив полосу пропускания по уровню 3 дБ до 997 ГГц, что вдвое превышает текущий рекорд, как показано на рисунке 1. Этот прорыв не только разрушает ограничения традиционных технологий, но и открывает новые возможности для будущего развития терагерцовой связи!
Рисунок 1. Плазменный электрооптический модулятор с терагерцовой полосой пропускания
Ключевой прорыв этого нового типа модулятора заключается в высокотехнологичном явлении, называемом «плазменным эффектом». Представьте себе, что свет, падающий на поверхность металлической наноструктуры, резонирует с электронами в материале — электроны, под воздействием света, совершают коллективные колебания, образуя особую волну. Именно эти колебания позволяют…модулятордля управления оптическими сигналами с чрезвычайно высокой эффективностью. Экспериментальные результаты показывают, что модулятор демонстрирует хорошие характеристики модуляции в диапазоне от постоянного тока до 1,14 ТГц и стабильный коэффициент усиления в диапазоне частот от 500 ГГц до 800 ГГц.
Для глубокого изучения механизма работы модулятора исследовательская группа построила подробную эквивалентную схемную модель и проанализировала влияние различных структурных параметров на его характеристики с помощью моделирования. Экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретической моделью, что дополнительно подтверждает эффективность и стабильность модулятора. Кроме того, исследователи предложили план усовершенствования. Ожидается, что благодаря оптимизированной конструкции рабочая частота этого модулятора в будущем может превысить 1 ТГц и даже достичь более 2 ТГц!
Это исследование демонстрирует большой потенциал плазмыэлектрооптические модуляторыв терагерцовой связи и фотонных интегральных схемах (ФИС). Это устройство, обладая сверхширокополосной связью, высокой эффективностью и интегрируемостью, представляет собой принципиально новое решение для модуляции терагерцового сигнала. В будущем, благодаря дальнейшей оптимизации конструкции и производственных процессов, ожидается, что рабочая частота плазменных модуляторов превысит 2 ТГц, что позволит достичь более высокой скорости передачи данных и более широкого охвата спектра. Наступление терагерцовой эры означает не только более быструю передачу данных и более точные возможности датчиков, но и будет способствовать глубокой интеграции различных областей, таких как беспроводная связь, оптические вычисления и интеллектуальное детектирование. Прорыв в области плазменных электрооптических модуляторов может стать ключевым шагом в развитии терагерцовой технологии, заложив основу для высокоскоростного взаимодействия будущего информационного общества.
Время публикации: 09 июня 2025 г.