Новый сверхширокополосный 997 ГГцэлектрооптический модулятор
Новый сверхширокополосный электрооптический модулятор установил рекорд полосы пропускания в 997 ГГц.
Недавно исследовательская группа из Цюриха, Швейцария, успешно разработала сверхширокополосный электрооптический модулятор, работающий на частотах от 10 МГц до 1,14 ТГц, установив рекорд полосы пропускания в 3 дБ на уровне 997 ГГц, что вдвое превышает текущий рекорд. Этот прорыв объясняется оптимизированной конструкцией плазменных модуляторов, открывающей совершенно новые возможности для будущих терагерцовых фотонных интегральных схем (PIC).
В настоящее время беспроводная связь в основном основана на микроволновом и миллиметровом диапазонах, но спектральные ресурсы этих частотных диапазонов, как правило, исчерпаны. Хотя оптическая связь обладает большой полосой пропускания, её нельзя напрямую использовать для беспроводной передачи в свободном пространстве. Поэтому терагерцовая связь рассматривается как «золотой мост», соединяющий беспроводные и волоконно-оптические сети, предоставляя идеальное решение для систем связи 6G и более высоких скоростей. Проблема заключается в производительности существующих электрооптических модуляторов (таких какмодулятор LiNbO₃Использование плазмопроводов на основе InGaAs и кремния в терагерцовом диапазоне частот далеко не достаточно. Затухание сигнала очевидно. Рабочая полоса пропускания составляет всего около 14 ГГц, а максимальная несущая частота — всего 100 ГГц, что далеко от стандартов, необходимых для терагерцовой связи. В данной статье исследователи разработали новый плазмопровод, успешно увеличив полосу пропускания на уровне 3 дБ до 997 ГГц, что вдвое превышает текущий рекорд, как показано на рисунке 1. Этот прорыв не только преодолевает ограничения традиционных технологий, но и открывает путь для будущего развития терагерцовой связи!
Рисунок 1. Плазменный электрооптический модулятор с полосой пропускания в ТГц-диапазоне.
Ключевой прорыв этого нового типа модулятора заключается в высокотехнологичном явлении, называемом «плазменным эффектом». Представьте, что когда свет падает на поверхность металлической наноструктуры, он резонирует с электронами в материале — электроны коллективно колеблются под действием света, образуя особый вид волны. Именно эта флуктуация позволяет...модулятордля управления оптическими сигналами с чрезвычайно высокой эффективностью. Экспериментальные результаты показывают, что модулятор демонстрирует хорошие характеристики модуляции в диапазоне постоянного тока до 1,14 ТГц и имеет стабильное усиление в частотном диапазоне от 500 ГГц до 800 ГГц.
Для углубленного изучения механизма работы модулятора исследовательская группа разработала подробную эквивалентную схему и проанализировала влияние различных структурных параметров на характеристики модулятора 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!
Данное исследование демонстрирует огромный потенциал плазмы.электрооптические модуляторыв терагерцовой связи и фотонных интегральных схемах (ФИС). Это устройство, благодаря своим характеристикам сверхширокополосности, высокой эффективности и интегрируемости, предоставляет совершенно новое решение для модуляции терагерцовых сигналов. В будущем, с дальнейшей оптимизацией конструкции устройства и производственных процессов, ожидается, что рабочая частота плазменных модуляторов превысит 2 ТГц, что позволит достичь более высоких скоростей передачи данных и более широкого спектрального охвата. Наступление терагерцовой эры означает не только более быструю передачу данных и более точные возможности измерения, но и будет способствовать глубокой интеграции множества областей, таких как беспроводная связь, оптические вычисления и интеллектуальное обнаружение. Прорыв в области плазменных электрооптических модуляторов может стать ключевым шагом в развитии терагерцовых технологий, заложив основу для высокоскоростной взаимосвязи будущего информационного общества.
Дата публикации: 09.06.2025