Новый сверхширокополосный 997 ГГцэлектрооптический модулятор
Новый сверхширокополосный электрооптический модулятор установил рекорд пропускной способности в 997 ГГц
Недавно исследовательская группа в Цюрихе, Швейцария, успешно разработала сверхширокополосный электрооптический модулятор, работающий на частотах от 10 МГц до 1,14 ТГц, установив рекорд полосы пропускания в 3 дБ на частоте 997 ГГц, что вдвое превышает текущий рекорд. Этот прорыв объясняется оптимизированной конструкцией плазменных модуляторов, открывающей совершенно новое пространство для будущих терагерцовых фотонных интегральных схем (ФИС).
В настоящее время беспроводная связь в основном опирается на микроволны и миллиметровые волны, но спектральные ресурсы этих диапазонов частот, как правило, насыщены. Хотя оптическая связь имеет большую пропускную способность, ее нельзя напрямую использовать для беспроводной передачи в свободном пространстве. Поэтому терагерцовая связь рассматривается как «золотой мост», соединяющий беспроводные и оптоволоконные сети, предоставляя идеальное решение для 6G и более скоростных систем связи. Проблема заключается в том, что производительность существующих электрооптических модуляторов (таких какмодулятор LiNbO₃, InGaAs и материалы на основе кремния) в диапазоне частот ТГц далеки от достаточного. Затухание сигнала очевидно. Рабочая полоса пропускания составляет всего около 14 ГГц, а максимальная несущая частота — всего 100 ГГц, что далеко от стандартов, требуемых для связи в диапазоне ТГц. В этой статье исследователи разработали новый модулятор на основе плазмы, успешно увеличив полосу пропускания на 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 расширяет путь для будущего развития связи в диапазоне ТГц!
Рисунок 1 Плазменный электрооптический модулятор с ТГц полосой пропускания
Основной прорыв этого нового типа модулятора заключается в высокотехнологичном так называемом «плазменном эффекте». Представьте себе, что когда свет падает на поверхность металлической наноструктуры, он резонирует с электронами в материале — электроны колеблются коллективно, движимые светом, образуя особый вид волны. Именно эта флуктуация позволяетмодулятордля манипулирования 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 стабильный коэффициент усиления в диапазоне частот от 500 ГГц до 800 ГГц.
Для глубокого изучения рабочего механизма модулятора исследовательская группа построила подробную эквивалентную модель схемы и проанализировала влияние различных структурных параметров на производительность модулятора посредством 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 (PIC). Это устройство, обладающее такими характеристиками, как сверхширокая полоса пропускания, высокая эффективность и интегрируемость, обеспечивает совершенно новое решение для модуляции терагерцового сигнала. В будущем, с дальнейшей оптимизацией проектирования и производственных процессов устройств, рабочая частота плазменных модуляторов, как ожидается, превысит 2 ТГц, достигнув более высоких скоростей передачи данных и более широкого покрытия спектра. Наступление эры ТГц означает не только более быструю передачу данных и более точные возможности зондирования, но и будет способствовать глубокой интеграции множества областей, таких как беспроводная связь, оптические вычисления и интеллектуальное обнаружение. Прорыв плазменных электрооптических модуляторов может стать ключевым шагом, ведущим к развитию терагерцовой технологии, обеспечивая основу для высокоскоростного взаимодействия будущего информационного общества.
Время публикации: 09 июня 2025 г.