纯硅制成的新型多路复用器 将有效地管理300 GHz太赫兹波

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来自日本大阪大学和澳大利亚阿德莱德大学的研究人员合作生产了一种新的多路复用器,这种多路复用器由纯硅制成,用于300-GHz频段的太赫兹范围通信。


为了控制太赫兹巨大的频谱带宽,用于分离和连接信号的多路复用器,阿德莱德大学电气与电子工程学院副教授Withawat Withayachumnankul说,这对将信息分割成易于处理的数据块至关重要,这样就能更快地从一个设备传输到另一个设备。

纯硅制成的新型多路复用器 将有效地管理300 GHz太赫兹波

集成多路复用器的示意图,显示了宽带太赫兹波被分为四个不同的频率,每个频率都能够承载数字信息。

纯硅制成的新型多路复用器 将有效地管理300 GHz太赫兹波

硅多路复用器的照片

纯硅制成的新型多路复用器 将有效地管理300 GHz太赫兹波

多路复用器的实验,显示了与外部系统的连接。多路复用器没有任何形式的支撑基板。


到目前为止,还没有针对太赫兹范围开发出紧凑实用的多路复用器。这种新型太赫兹多路复用器制造成本低廉,对于超宽带无线通信极为有用。


我们开发的芯片的形状是合并和拆分通道的关键,这样就可以更快地处理更多的数据。简单就是它的美。


世界各地的人们越来越多地使用移动设备访问互联网,连接设备的数量正在成倍增长。很快,机器将通过物联网相互通信,这将需要更强大的无线网络,能够快速传输大量数据。


太赫兹波是电磁频谱的一部分,它的原始频谱带宽比基于微波的传统无线通信宽得多。该团队已经开发了超紧凑和高效的太赫兹多路复用器,多亏了一种新的光学隧道过程。


一个典型的四通道光多路复用器可能跨越2000多个波长。该研究的主要作者、大阪大学的丹尼尔·黑德兰博士说,在300-GHz频段内,它的长度约为2米。


我们的设备只有25个波长,大大减少了6000倍的尺寸。


新的多路复用器覆盖的频谱带宽是日本为4G/LTE(目前最快的移动技术)和下一代5G所分配的总频谱带宽的30倍以上。由于带宽与数据速率有关,采用这种新型多路复用器可以实现超高速数字传输。


我们的四通道多路复用器可以潜在地支持48gb /s的数据速率,相当于未压缩的8K超高清视频的实时流,大阪大学的副教授Masayuki Fujita说。


为了使整个系统便携,我们计划将这种多路复用器与共振隧道二极管集成,以提供紧凑的多通道太赫兹收发器。


该团队研究中使用的调制方案非常基础;太赫兹功率被简单地开关以传输二进制数据。更先进的技术可以将更高的数据速率压缩到1tb /s到一个给定的带宽分配中。


大阪大学教授永田忠雄说,新型多路复用器可以像计算机芯片一样批量生产,但要简单得多。因此有可能大规模进入市场。


这将使6G及更高版本中的应用以及物联网以及紧凑型飞机(例如自动无人机)之间的低拦截概率通信成为可能。


这项研究发表在Optica期刊上,并由日本科学技术署(JST)CREST资助计划,KAKENHI赠款和澳大利亚研究委员会(ARC)Discovery赠款资助,其基础是该团队在2020年的工作创建了无基板、无金属的硅微光子器件,以实现高效的集成太赫兹器件。这项创新为将现有的纳米光子多路复用器转换为太赫兹领域开辟了道路。


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