Ny ultrabredbandig 997 GHzelektrooptisk modulator
En ny ultrabredbandig elektrooptisk modulator har satt ett bandbreddsrekord på 997 GHz
Nyligen har ett forskarteam i Zürich, Schweiz, framgångsrikt utvecklat en ultrabredbandig elektrooptisk modulator som arbetar vid frekvenser från 10 MHz till 1,14 THz, och sätter ett bandbreddsrekord på 3 dB vid 997 GHz, vilket är dubbelt så högt som det nuvarande rekordet. Detta genombrott tillskrivs den optimerade designen av plasmamodulatorer, vilket öppnar upp ett helt nytt utrymme för framtida terahertz-fotoniska integrerade kretsar (PIC).
För närvarande förlitar sig trådlös kommunikation huvudsakligen på mikrovågor och millimetervågor, men spektrumresurserna i dessa frekvensband har tenderat att vara mättade. Även om optisk kommunikation har en stor bandbredd kan den inte direkt användas för trådlös överföring i fritt utrymme. Därför betraktas THz-kommunikation som den "gyllene bron" som förbinder trådlösa och fiberoptiska nätverk och ger en idealisk lösning för 6G och kommunikationssystem med högre hastighet. Problemet ligger i att prestandan hos befintliga elektrooptiska modulatorer (somLiNbO₃-modulator, InGaAs och kiselbaserade material) i THz-frekvensbandet är långt ifrån tillräcklig. Signaldämpningen är uppenbar. Arbetsbandbredden är endast cirka 14 GHz och den maximala bärfrekvensen är endast 100 GHz, vilket är långt ifrån att uppfylla de standarder som krävs för THz-kommunikation. I den här artikeln har forskare utvecklat en ny plasmabaserad modulator som framgångsrikt ökat 3 dB-bandbredden till 997 GHz, vilket är dubbelt så mycket som det nuvarande rekordet, vilket visas i figur 1. Detta genombrott bryter inte bara begränsningarna hos traditionell teknik utan breddar också vägen för den framtida utvecklingen av THz-kommunikation!
Figur 1 Plasmaelektrooptisk modulator med THz-bandbredd
Det centrala genombrottet för denna nya typ av modulator ligger i den högteknologiska teknik som kallas "plasmaeffekt". Tänk dig att när ljus lyser på ytan av en metallnanostruktur, resonerar det med elektronerna i materialet – elektronerna oscillerar kollektivt, drivna av ljuset, och bildar en speciell typ av våg. Det är just denna fluktuation som möjliggör...modulatorför att manipulera optiska signaler med extremt hög effektivitet. De experimentella resultaten visar att modulatorn uppvisar goda moduleringsegenskaper inom intervallet DC (likström) till 1,14 THz och har stabil förstärkning i frekvensbandet 500 GHz till 800 GHz.
För att djupgående studera modulatorns arbetsmekanism konstruerade forskargruppen en detaljerad ekvivalentkretsmodell och analyserade påverkan av olika strukturella parametrar på modulatorns prestanda genom simulering. De experimentella resultaten överensstämmer väl med den teoretiska modellen, vilket ytterligare verifierar modulatorns effektivitet och stabilitet. Dessutom har forskare föreslagit en förbättringsplan. Det förväntas att genom optimerad design kan driftsfrekvensen för denna modulator överstiga 1 THz i framtiden, och till och med nå över 2 THz!
Denna studie visar plasmans stora potentialelektrooptiska modulatorerinom THz-kommunikation och fotoniska integrerade kretsar (PIC). Denna enhet, med sina egenskaper som ultrabredband, hög effektivitet och integrerbarhet, erbjuder en helt ny lösning för THz-signalmodulering. I framtiden, med ytterligare optimering av enhetsdesign och tillverkningsprocesser, förväntas driftsfrekvensen för plasmamodulatorer överstiga 2 THz, vilket uppnår högre datahastigheter och bredare spektrumtäckning. THz-erans tillkomst innebär inte bara snabbare dataöverföring och mer exakta avkänningsmöjligheter, utan kommer också att främja en djupgående integration av flera områden som trådlös kommunikation, optisk databehandling och intelligent detektion. Genombrottet för plasmaelektrooptiska modulatorer kan bli ett viktigt steg i utvecklingen av THz-teknik och lägga grunden för höghastighetssammankoppling i framtidens informationssamhälle.
Publiceringstid: 9 juni 2025