997GHz חדש בעל פס רחב במיוחדמודולטור אלקטרו-אופטי
מודולטור אלקטרו-אופטי אולטרה-רחב-פס חדש קבע שיא רוחב פס של 997 גיגה-הרץ
לאחרונה, צוות מחקר בציריך, שוויץ, פיתח בהצלחה מודולטור אלקטרו-אופטי רחב-פס אולטרה-רחב הפועל בתדרים הנעים בין 10 מגה-הרץ ל-1.14 טהרנץ', וקבע שיא רוחב פס של 3 דציבלים ב-997 גיגה-הרץ, פי שניים מהשיא הנוכחי. פריצת דרך זו מיוחסת לתכנון אופטימלי של מודולטורי פלזמה, ופותח מרחב חדש לגמרי למעגלים משולבים פוטוניים (PIC) עתידיים בטרה-הרץ.
כיום, תקשורת אלחוטית מסתמכת בעיקר על גלי מיקרו וגלי מילימטר, אך משאבי הספקטרום של תחומי תדרים אלה נוטים להיות רוויים. למרות שלתקשורת אופטית רוחב פס גדול, לא ניתן להשתמש בה ישירות לשידור אלחוטי במרחב הפנוי. לכן, תקשורת THz נחשבת ל"גשר הזהב" המחבר רשתות אלחוטיות וסיבים אופטיים, ומספקת פתרון אידיאלי למערכות תקשורת 6G ומעלה. הבעיה טמונה בביצועים של מודולטורים אלקטרו-אופטיים קיימים (כגוןמודולטור LiNbO₃, InGaAs וחומרים מבוססי סיליקון) בתחום התדרים THz רחוק מלהיות מספיק. הנחתת האות ברורה. רוחב הפס העבודה הוא רק כ-14 גיגה-הרץ ותדר הנושא המרבי הוא רק 100 גיגה-הרץ, רחוק מלהעמוד בסטנדרטים הנדרשים לתקשורת THz. במאמר זה, חוקרים פיתחו מודולטור חדש מבוסס פלזמה, שהגדיל בהצלחה את רוחב הפס של 3 dB ל-997 גיגה-הרץ, שהוא כפול מהשיא הנוכחי, כפי שמוצג באיור 1. פריצת דרך זו לא רק שוברת את המגבלות של טכנולוגיות מסורתיות אלא גם מרחיבה את הדרך לפיתוח עתידי של תקשורת THz!
איור 1 מודולטור אלקטרו-אופטי פלזמה עם רוחב פס של THz
פריצת הדרך המרכזית של סוג חדש זה של מודולטור טמונה בטכנולוגיה מתקדמת הנקראת "אפקט פלזמה". דמיינו שכאשר אור זורח על פני השטח של ננו-מבנה מתכתי, הוא מהדהד עם האלקטרונים בחומר - האלקטרונים מתנדנדים יחד כשהם מונעים על ידי האור, ויוצרים סוג מיוחד של גל. דווקא תנודה זו מאפשרת את...אִפְנָןלתפעל אותות אופטיים ביעילות גבוהה ביותר. תוצאות הניסוי מראות כי המודולטור מציג מאפייני אפנון טובים בטווח של זרם ישר (DC) עד 1.14 THrz ובעל הגבר יציב בתחום התדרים של 500 GHz עד 800 GHz.
כדי לחקור לעומק את מנגנון הפעולה של המודולטור, צוות המחקר בנה מודל מעגל שווה ערך מפורט וניתח את השפעתם של פרמטרים מבניים שונים על ביצועי המודולטור באמצעות סימולציה. תוצאות הניסוי תואמות היטב את המודל התיאורטי, ומאמתות עוד יותר את היעילות והיציבות של המודולטור. בנוסף, החוקרים הציעו תוכנית שיפור. צפוי שבאמצעות תכנון אופטימלי, תדר הפעולה של מודולטור זה יוכל לעלות על 1THz בעתיד, ואף להגיע ליותר מ-2THz!
מחקר זה מדגים את הפוטנציאל הגדול של פלזמהמודולטורים אלקטרו-אופטייםבתקשורת THz ומעגלים משולבים פוטוניים (PICs). התקן זה, עם מאפייניו של פס רחב במיוחד, יעילות גבוהה ואינטגרליות, מספק פתרון חדש לגמרי לאפנון אותות THz. בעתיד, עם אופטימיזציה נוספת של תהליכי תכנון וייצור המכשירים, תדירות הפעולה של מודולטורי פלזמה צפויה לעלות על 2 THz, ולהשיג קצבי נתונים גבוהים יותר וכיסוי ספקטרום רחב יותר. הופעתו של עידן THz לא רק משמעותה העברת נתונים מהירה יותר ויכולות חישה מדויקות יותר, אלא גם תקדם שילוב עמוק של תחומים מרובים כגון תקשורת אלחוטית, מחשוב אופטי וזיהוי חכם. פריצת הדרך של מודולטורי פלזמה אלקטרו-אופטיים עשויה להפוך לצעד מפתח המוביל את פיתוח טכנולוגיית THz, ולספק בסיס לחיבור מהיר של חברת המידע העתידית.
זמן פרסום: 09 ביוני 2025