Nieuwe ultrabreedband 997GHzelektro-optische modulator
Een nieuwe ultrabreedband elektro-optische modulator heeft een bandbreedterecord van 997 GHz gevestigd
Onlangs heeft een onderzoeksteam in Zürich, Zwitserland, met succes een ultrabreedband elektro-optische modulator ontwikkeld die werkt op frequenties van 10 MHz tot 1,14 THz. Hiermee is een bandbreedterecord van 3 dB behaald op 997 GHz, wat twee keer zo hoog is als het huidige record. Deze doorbraak wordt toegeschreven aan het geoptimaliseerde ontwerp van plasmamodulatoren, waardoor er een geheel nieuwe ruimte ontstaat voor toekomstige terahertz fotonische geïntegreerde schakelingen (PIC's).
Draadloze communicatie is momenteel voornamelijk afhankelijk van microgolven en millimetergolven, maar de spectrumbronnen van deze frequentiebanden zijn vaak verzadigd. Hoewel optische communicatie een grote bandbreedte heeft, kan deze niet direct worden gebruikt voor draadloze transmissie in de vrije ruimte. Daarom wordt THz-communicatie beschouwd als de "gouden brug" die draadloze en glasvezelnetwerken verbindt, en biedt het een ideale oplossing voor 6G en communicatiesystemen met hogere snelheden. Het probleem is dat de prestaties van bestaande elektro-optische modulatoren (zoalsLiNbO₃-modulator, InGaAs en siliciumgebaseerde materialen) in de THz-frequentieband is verre van voldoende. De signaalverzwakking is duidelijk. De werkbandbreedte is slechts ongeveer 14 GHz en de maximale draaggolffrequentie is slechts 100 GHz, wat nog lang niet voldoet aan de normen die vereist zijn voor THz-communicatie. In dit artikel hebben onderzoekers een nieuwe plasmamodulator ontwikkeld, die de bandbreedte van 3 dB succesvol heeft verhoogd tot 997 GHz, wat twee keer het huidige record is, zoals weergegeven in Figuur 1. Deze doorbraak doorbreekt niet alleen de beperkingen van traditionele technologieën, maar verbreedt ook de weg voor de toekomstige ontwikkeling van THz-communicatie!
Figuur 1 Plasma-elektro-optische modulator met THz-bandbreedte
De belangrijkste doorbraak van dit nieuwe type modulator ligt in de hightech die 'plasma-effect' wordt genoemd. Stel je voor dat wanneer licht op het oppervlak van een metalen nanostructuur schijnt, dit resoneert met de elektronen in het materiaal – de elektronen oscilleren collectief, aangestuurd door het licht, en vormen zo een speciaal soort golf. Het is precies deze fluctuatie die demodulatorOm optische signalen met extreem hoge efficiëntie te manipuleren. De experimentele resultaten tonen aan dat de modulator goede modulatie-eigenschappen vertoont binnen het bereik van DC (gelijkstroom) tot 1,14 THz en een stabiele versterking heeft in de frequentieband van 500 GHz tot 800 GHz.
Om het werkingsmechanisme van de modulator grondig te bestuderen, heeft het onderzoeksteam een gedetailleerd equivalent circuitmodel ontwikkeld en de invloed van verschillende structurele parameters op de prestaties van de modulator geanalyseerd door middel van simulatie. De experimentele resultaten komen goed overeen met het theoretische model, wat de efficiëntie en stabiliteit van de modulator verder bevestigt. Daarnaast hebben de onderzoekers een verbeterplan voorgesteld. De verwachting is dat door een geoptimaliseerd ontwerp de werkfrequentie van deze modulator in de toekomst hoger kan zijn dan 1 THz, en zelfs hoger dan 2 THz!
Deze studie toont het grote potentieel van plasma aanelektro-optische modulatorenin THz-communicatie en fotonische geïntegreerde schakelingen (PIC's). Dit apparaat, met zijn kenmerken van ultrabreedband, hoge efficiëntie en integreerbaarheid, biedt een gloednieuwe oplossing voor THz-signaalmodulatie. In de toekomst, met de verdere optimalisatie van apparaatontwerp- en productieprocessen, zal de bedrijfsfrequentie van plasmamodulatoren naar verwachting hoger zijn dan 2 THz, wat hogere datasnelheden en een bredere spectrumdekking oplevert. De komst van het THz-tijdperk betekent niet alleen snellere datatransmissie en nauwkeurigere sensormogelijkheden, maar zal ook de diepe integratie van meerdere vakgebieden zoals draadloze communicatie, optische computing en intelligente detectie bevorderen. De doorbraak van plasma-elektro-optische modulatoren kan een belangrijke stap zijn in de ontwikkeling van THz-technologie en de basis leggen voor de snelle interconnectie van de toekomstige informatiemaatschappij.
Plaatsingstijd: 09-06-2025