Ny ultrabredbånds 997 GHzelektrooptisk modulator
En ny ultrabredbånds elektrooptisk modulator har sat en båndbredderekord på 997 GHz
For nylig har et forskerhold i Zürich, Schweiz, med succes udviklet en ultrabredbånds elektrooptisk modulator, der opererer ved frekvenser fra 10 MHz til 1,14 THz, og sætter en båndbredderekord på 3 dB ved 997 GHz, hvilket er dobbelt så højt som den nuværende rekord. Dette gennembrud tilskrives det optimerede design af plasmamodulatorer, hvilket åbner op for et helt nyt rum for fremtidige terahertz fotoniske integrerede kredsløb (PIC'er).
I øjeblikket er trådløs kommunikation primært afhængig af mikrobølger og millimeterbølger, men spektrumressourcerne i disse frekvensbånd har en tendens til at være mættede. Selvom optisk kommunikation har en stor båndbredde, kan den ikke direkte bruges til trådløs transmission i frit rum. Derfor betragtes THz-kommunikation som den "gyldne bro", der forbinder trådløse og fiberoptiske netværk og giver en ideel løsning til 6G og kommunikationssystemer med højere hastighed. Problemet ligger i, at ydeevnen af eksisterende elektrooptiske modulatorer (såsomLiNbO₃-modulator, InGaAs og siliciumbaserede materialer) i THz-frekvensbåndet er langt fra tilstrækkeligt. Signaldæmpningen er tydelig. Arbejdsbåndbredden er kun omkring 14 GHz, og den maksimale bærefrekvens er kun 100 GHz, hvilket langt fra opfylder de standarder, der kræves til THz-kommunikation. I denne artikel har forskere udviklet en ny plasmabaseret modulator, der med succes øger 3 dB-båndbredden til 997 GHz, hvilket er dobbelt så høj som den nuværende rekord, som vist i figur 1. Dette gennembrud bryder ikke kun begrænsningerne ved traditionelle teknologier, men udvider også vejen for den fremtidige udvikling af THz-kommunikation!
Figur 1 Plasmaelektrooptisk modulator med THz-båndbredde
Det centrale gennembrud i denne nye type modulator ligger i den højteknologiske teknologi kaldet "plasmaeffekt". Forestil dig, at når lys skinner på overfladen af en metalnanostruktur, resonerer det med elektronerne i materialet – elektronerne oscillerer kollektivt drevet af lyset og danner en særlig slags bølge. Det er netop denne fluktuation, der muliggør...modulatorat manipulere optiske signaler med ekstremt høj effektivitet. De eksperimentelle resultater viser, at modulatoren udviser gode modulationsegenskaber inden for området fra DC (jævnstrøm) til 1,14 THz og har stabil forstærkning i frekvensbåndet fra 500 GHz til 800 GHz.
For at studere modulatorens arbejdsmekanisme i dybden konstruerede forskerholdet en detaljeret ækvivalent kredsløbsmodel og analyserede indflydelsen af forskellige strukturelle parametre på modulatorens ydeevne gennem simulering. De eksperimentelle resultater er i god overensstemmelse med den teoretiske model, hvilket yderligere verificerer modulatorens effektivitet og stabilitet. Derudover har forskerne foreslået en forbedringsplan. Det forventes, at modulatorens driftsfrekvens gennem optimeret design kan overstige 1 THz i fremtiden og endda nå over 2 THz!
Denne undersøgelse demonstrerer plasmas store potentialeelektrooptiske modulatorerinden for THz-kommunikation og fotoniske integrerede kredsløb (PIC'er). Denne enhed, med dens ultrabredbåndsegenskaber, høje effektivitet og integrerbarhed, giver en helt ny løsning til THz-signalmodulation. I fremtiden, med yderligere optimering af enhedsdesign og fremstillingsprocesser, forventes driftsfrekvensen for plasmamodulatorer at overstige 2 THz, hvilket opnår højere datahastigheder og bredere spektrumdækning. Fremkomsten af THz-æraen betyder ikke kun hurtigere datatransmission og mere præcise registreringsmuligheder, men vil også fremme den dybe integration af flere felter såsom trådløs kommunikation, optisk databehandling og intelligent detektion. Gennembruddet inden for plasmaelektrooptiske modulatorer kan blive et nøgleskridt i udviklingen af THz-teknologi og danne grundlag for højhastighedsforbindelse i fremtidens informationssamfund.
Opslagstidspunkt: 9. juni 2025