Nový ultraširokopásmový 997GHzelektrooptický modulátor
Nový ultraširokopásmový elektrooptický modulátor dosáhl rekordní šířky pásma 997 GHz.
Výzkumný tým v Curychu ve Švýcarsku nedávno úspěšně vyvinul ultraširokopásmový elektrooptický modulátor, který pracuje na frekvencích od 10 MHz do 1,14 THz a na frekvenci 997 GHz dosáhl rekordní šířky pásma 3 dB, což je dvojnásobek současného rekordu. Tento průlom se připisuje optimalizované konstrukci plazmových modulátorů, které otevírají zcela nový prostor pro budoucí terahertzové fotonické integrované obvody (PIC).
V současné době se bezdrátová komunikace spoléhá hlavně na mikrovlny a milimetrové vlny, ale spektrální zdroje těchto frekvenčních pásem mají tendenci být nasycené. Přestože má optická komunikace velkou šířku pásma, nelze ji přímo využít pro bezdrátový přenos ve volném prostoru. Proto je THz komunikace považována za „zlatý most“ spojující bezdrátové a optické sítě a poskytuje ideální řešení pro 6G a rychlejší komunikační systémy. Problém spočívá v tom, že výkon stávajících elektrooptických modulátorů (jako jeModulátor LiNbO₃, InGaAs a materiály na bázi křemíku) v THz frekvenčním pásmu zdaleka není dostatečné. Útlum signálu je zřejmý. Pracovní šířka pásma je pouze asi 14 GHz a maximální nosná frekvence je pouze 100 GHz, což zdaleka nesplňuje standardy požadované pro THz komunikaci. V tomto článku vědci vyvinuli nový modulátor na bázi plazmatu, který úspěšně zvýšil šířku pásma o 3 dB na 997 GHz, což je dvojnásobek současného rekordu, jak je znázorněno na obrázku 1. Tento průlom nejen boří omezení tradičních technologií, ale také rozšiřuje cestu pro budoucí rozvoj THz komunikace!
Obrázek 1 Plazmový elektrooptický modulátor s THz šířkou pásma
Hlavní průlom tohoto nového typu modulátoru spočívá ve vyspělé technologii zvané „plazmový efekt“. Představte si, že když světlo dopadne na povrch kovové nanostruktury, rezonuje s elektrony v materiálu – elektrony kolektivně kmitají poháněné světlem a vytvářejí speciální druh vlny. Právě toto kolísání umožňuje…modulátormanipulovat s optickými signály s extrémně vysokou účinností. Experimentální výsledky ukazují, že modulátor vykazuje dobré modulační vlastnosti v rozsahu stejnosměrného proudu (DC) až 1,14 THz a má stabilní zesílení ve frekvenčním pásmu 500 GHz až 800 GHz.
Pro hlubší studium mechanismu fungování modulátoru výzkumný tým sestavil detailní ekvivalentní model obvodu a pomocí simulace analyzoval vliv různých strukturálních parametrů na výkon modulátoru. Experimentální výsledky jsou v dobré shodě s teoretickým modelem, což dále potvrzuje účinnost a stabilitu modulátoru. Výzkumníci navíc navrhli plán vylepšení. Očekává se, že díky optimalizovanému návrhu může provozní frekvence tohoto modulátoru v budoucnu překročit 1 THz a dokonce dosáhnout i více než 2 THz!
Tato studie ukazuje velký potenciál plazmyelektrooptické modulátoryv teraHz komunikaci a fotonických integrovaných obvodech (PIC). Toto zařízení s charakteristikami ultraširokopásmového pásma, vysoké účinnosti a integrovatelnosti poskytuje zcela nové řešení pro modulaci teraHz signálu. V budoucnu se s další optimalizací návrhu a výrobních procesů zařízení očekává, že provozní frekvence plazmových modulátorů překročí 2 THz, čímž se dosáhne vyšších datových rychlostí a širšího pokrytí spektra. Nástup éry teraHz znamená nejen rychlejší přenos dat a přesnější snímací schopnosti, ale také podpoří hlubokou integraci mnoha oblastí, jako je bezdrátová komunikace, optické výpočty a inteligentní detekce. Průlom plazmových elektrooptických modulátorů se může stát klíčovým krokem vedoucím k rozvoji teraHz technologie a poskytnout základ pro vysokorychlostní propojení budoucí informační společnosti.
Čas zveřejnění: 9. června 2025