Un nuevo tipo de multiplexor de Terahertz ha duplicado la capacidad de datos y mejoró significativamente la comunicación 6G con ancho de banda sin precedentes y baja pérdida de datos.
Los investigadores han introducido un multiplexor de la banda de Terahertz de súper ancho que duplica la capacidad de datos y lleva avances revolucionarios a 6G y más. (Fuente de la imagen: Getty Images)
La comunicación inalámbrica de próxima generación, representada por Terahertz Technology, promete revolucionar la transmisión de datos.
Estos sistemas funcionan en frecuencias de Terahertz, que ofrecen un ancho de banda incomparable para la transmisión y comunicación de datos ultra rápidos. Sin embargo, para darse cuenta de este potencial, se deben superar los desafíos técnicos significativos, particularmente en la gestión y la utilización efectiva del espectro disponible.
Un avance innovador ha abordado este desafío: el primer multiplexor de polarización (DE) de Terahertz de banda ultra ancha realizada en una plataforma de silicio sin sustrato.
Este diseño innovador se dirige a la banda Sub-Iterahertz J (220-330 GHz) y tiene como objetivo transformar la comunicación para 6G y más allá. El dispositivo duplica efectivamente la capacidad de datos mientras mantiene una baja tasa de pérdida de datos, allanando el camino para redes inalámbricas de alta velocidad eficientes y confiables.
El equipo detrás de este hito incluye al profesor Withawat Withayachumnankul de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Mecánica de la Universidad de Adelaida, el Dr. Weijie Gao, ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Osaka, y el profesor Masayuki Fujita.
El profesor Withayachumnankul declaró: "El multiplexor de polarización propuesto permite que múltiples flujos de datos se transmitan simultáneamente dentro de la misma banda de frecuencia, duplicando efectivamente la capacidad de datos". El ancho de banda relativo logrado por el dispositivo no tiene precedentes en cualquier rango de frecuencia, lo que representa un salto significativo para los multiplexores integrados.
Los multiplexores de polarización son esenciales en la comunicación moderna, ya que permiten que múltiples señales compartan la misma banda de frecuencia, mejorando significativamente la capacidad del canal.
El nuevo dispositivo logra esto utilizando acopladores direccionales cónicos y revestimiento de medio efectivo anisotrópico. Estos componentes mejoran la birrefringencia de polarización, lo que resulta en una alta relación de extinción de polarización (por) y ancho de banda amplio: características clave de sistemas de comunicación de Terahertz eficientes.
A diferencia de los diseños tradicionales que se basan en guías de onda asimétricas complejas y dependientes de la frecuencia, el nuevo multiplexor emplea un revestimiento anisotrópico con solo una ligera dependencia de la frecuencia. Este enfoque aprovecha completamente el amplio ancho de banda proporcionado por los acopladores cónicos.
El resultado es un ancho de banda fraccional cercano al 40%, un promedio por superior a 20 dB y una pérdida de inserción mínima de aproximadamente 1 dB. Estas métricas de rendimiento superan con creces las de los diseños ópticos y de microondas existentes, que a menudo sufren de ancho de banda estrecho y alta pérdida.
El trabajo del equipo de investigación no solo mejora la eficiencia de los sistemas Terahertz, sino que también establece las bases para una nueva era en la comunicación inalámbrica. El Dr. Gao señaló: "Esta innovación es un impulsor clave para desbloquear el potencial de la comunicación de Terahertz". Las aplicaciones incluyen transmisión de video de alta definición, realidad aumentada y redes móviles de próxima generación como 6G.
Las soluciones tradicionales de gestión de polarización de Terahertz, como los transductores de modo ortogonal (OMT) basados en guías de onda metálicas rectangulares, enfrentan limitaciones significativas. Las guías de onda de metal experimentan una mayor pérdida de óhmicas a frecuencias más altas, y sus procesos de fabricación son complejos debido a los estrictos requisitos geométricos.
Los multiplexores de polarización óptica, incluidos aquellos que usan interferómetros de Mach-Zehnder o cristales fotónicos, ofrecen una mejor integrabilidad y menores pérdidas, pero a menudo requieren compensaciones entre el ancho de banda, la compacidad y la complejidad de la fabricación.
Los acopladores direccionales se usan ampliamente en sistemas ópticos y requieren una fuerte birrefringencia de polarización para lograr un tamaño compacto y alto PER. Sin embargo, están limitados por el ancho de banda estrecho y la sensibilidad a las tolerancias de fabricación.
El nuevo multiplexor combina las ventajas de los acopladores direccionales cónicos y el revestimiento medio efectivo, superando estas limitaciones. El revestimiento anisotrópico exhibe una birrefringencia significativa, lo que garantiza un alto en un ancho de banda amplio. Este principio de diseño marca una desviación de los métodos tradicionales, proporcionando una solución escalable y práctica para la integración de Terahertz.
La validación experimental del multiplexor confirmó su rendimiento excepcional. El dispositivo funciona de manera eficiente en el rango de 225-330 GHz, logrando un ancho de banda fraccional de 37.8% mientras se mantiene un por superior a 20 dB. Su tamaño compacto y compatibilidad con los procesos de fabricación estándar lo hacen adecuado para la producción en masa.
El Dr. Gao comentó: "Esta innovación no solo mejora la eficiencia de los sistemas de comunicación de Terahertz, sino que también allana el camino para redes inalámbricas de alta velocidad más potentes y confiables".
Las aplicaciones potenciales de esta tecnología se extienden más allá de los sistemas de comunicación. Al mejorar la utilización del espectro, el multiplexor puede impulsar los avances en campos como el radar, las imágenes y el Internet de las cosas. "En una década, esperamos que estas tecnologías de Terahertz sean ampliamente adoptadas e integradas en varias industrias", declaró el profesor Withayachumnankul.
El multiplexor también se puede integrar sin problemas con dispositivos de formación de transferencias anteriores desarrollados por el equipo, lo que permite funcionalidades de comunicación avanzada en una plataforma unificada. Esta compatibilidad resalta la versatilidad y la escalabilidad de la plataforma de guía de onda dieléctrica mediana efectiva.
Los resultados de la investigación del equipo se han publicado en la revista Laser & Photonic Reviews, enfatizando su importancia en el avance de la tecnología fotónica de Terahercios. El profesor Fujita comentó: "Al superar las barreras técnicas críticas, se espera que esta innovación estimule el interés y la actividad de investigación en el campo".
Los investigadores anticipan que su trabajo inspirará nuevas aplicaciones y nuevas mejoras tecnológicas en los próximos años, lo que finalmente conduce a prototipos y productos comerciales.
Este multiplexor representa un paso adelante significativo para desbloquear el potencial de la comunicación de Terahertz. Establece un nuevo estándar para dispositivos integrados de Terahertz con sus métricas de rendimiento sin precedentes.
A medida que la demanda de redes de comunicación de alta velocidad y alta capacidad continúa creciendo, tales innovaciones desempeñarán un papel crucial en la configuración del futuro de la tecnología inalámbrica.
Tiempo de publicación: Dic-16-2024