Băng thông siêu rộng mới 997GHzbộ điều biến điện quang
Một bộ điều biến quang điện băng thông siêu rộng mới đã lập kỷ lục về băng thông là 997GHz
Gần đây, một nhóm nghiên cứu tại Zurich, Thụy Sĩ, đã phát triển thành công một bộ điều biến điện quang băng thông siêu rộng hoạt động ở tần số từ 10 MHz đến 1,14 THz, lập kỷ lục băng thông 3 dB ở tần số 997 GHz, gấp đôi kỷ lục hiện tại. Bước đột phá này là nhờ thiết kế tối ưu của bộ điều biến plasma, mở ra một không gian hoàn toàn mới cho các mạch tích hợp quang tử terahertz (PIC) trong tương lai.
Hiện nay, truyền thông không dây chủ yếu dựa vào sóng vi ba và sóng milimet, nhưng tài nguyên phổ tần của các dải tần này đang có xu hướng bão hòa. Mặc dù truyền thông quang học có băng thông lớn, nhưng không thể sử dụng trực tiếp cho truyền dẫn không dây trong không gian tự do. Do đó, truyền thông THz được coi là "cầu nối vàng" kết nối mạng không dây và cáp quang, cung cấp giải pháp lý tưởng cho các hệ thống truyền thông 6G và tốc độ cao hơn. Vấn đề nằm ở chỗ hiệu suất của các bộ điều biến điện quang hiện có (nhưBộ điều biến LiNbO₃(ví dụ, InGaAs và vật liệu gốc silicon) trong dải tần THz còn lâu mới đủ. Sự suy giảm tín hiệu là rõ ràng. Băng thông hoạt động chỉ khoảng 14 GHz và tần số sóng mang tối đa chỉ là 100 GHz, còn lâu mới đáp ứng được các tiêu chuẩn cần thiết cho truyền thông THz. Trong bài viết này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một bộ điều biến plasma mới, tăng thành công băng thông 3 dB lên 997 GHz, gấp đôi kỷ lục hiện tại, như thể hiện trong Hình 1. Bước đột phá này không chỉ phá vỡ những hạn chế của công nghệ truyền thống mà còn mở rộng con đường phát triển tương lai của truyền thông THz!
Hình 1 Bộ điều biến quang điện plasma với băng thông THz
Đột phá cốt lõi của loại bộ điều biến mới này nằm ở công nghệ cao được gọi là "hiệu ứng plasma". Hãy tưởng tượng khi ánh sáng chiếu vào bề mặt của một cấu trúc nano kim loại, nó sẽ cộng hưởng với các electron trong vật liệu - các electron dao động tập thể dưới tác động của ánh sáng, tạo thành một loại sóng đặc biệt. Chính sự dao động này cho phépbộ điều biếnđể xử lý tín hiệu quang với hiệu suất cực cao. Kết quả thực nghiệm cho thấy bộ điều biến thể hiện đặc tính điều chế tốt trong dải tần từ DC (dòng điện một chiều) đến 1,14 THz và có độ khuếch đại ổn định trong dải tần từ 500 GHz đến 800 GHz.
Để nghiên cứu sâu hơn cơ chế hoạt động của bộ điều biến, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình mạch tương đương chi tiết và phân tích ảnh hưởng của các thông số cấu trúc khác nhau đến hiệu suất của bộ điều biến thông qua mô phỏng. Kết quả thực nghiệm phù hợp tốt với mô hình lý thuyết, tiếp tục kiểm chứng hiệu suất và độ ổn định của bộ điều biến. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã đề xuất một kế hoạch cải tiến. Dự kiến, thông qua thiết kế tối ưu, tần số hoạt động của bộ điều biến này có thể vượt quá 1THz trong tương lai, thậm chí có thể đạt trên 2THz!
Nghiên cứu này chứng minh tiềm năng to lớn của plasmabộ điều biến điện quangtrong truyền thông THz và mạch tích hợp quang tử (PIC). Thiết bị này, với đặc tính băng thông siêu rộng, hiệu suất cao và khả năng tích hợp, cung cấp một giải pháp hoàn toàn mới cho điều chế tín hiệu THz. Trong tương lai, với việc tối ưu hóa hơn nữa quy trình thiết kế và sản xuất thiết bị, tần số hoạt động của bộ điều chế plasma dự kiến sẽ vượt quá 2 THz, đạt được tốc độ dữ liệu cao hơn và phạm vi phủ sóng phổ rộng hơn. Sự ra đời của kỷ nguyên THz không chỉ đồng nghĩa với việc truyền dữ liệu nhanh hơn và khả năng cảm biến chính xác hơn, mà còn thúc đẩy sự tích hợp sâu rộng của nhiều lĩnh vực như truyền thông không dây, điện toán quang học và phát hiện thông minh. Sự đột phá của bộ điều chế điện quang plasma có thể trở thành một bước tiến quan trọng dẫn dắt sự phát triển của công nghệ THz, tạo nền tảng cho kết nối tốc độ cao của xã hội thông tin tương lai.
Thời gian đăng: 09-06-2025