Millimetriaaltoja viimeiselle kuitukilometrille

Yleensä maahan upotettu internet-yhteyden "viimeinen kilometri" on myös vaativin. Uusi modulaattori tarjoaa vaihtoehdon. Siinä millimetriaaltojen (punaiset nuolet) välittämät data voidaan suoraan muuntaa optisen kuidun pulsseiksi (keltainen).

ETH Zürichin Professori Jürg Leuthold ja hänen Washingtonin yliopiston kollegat ovat kehittäneet valomodulaattorin, joka mahdollistaa tulevaisuudessa toteuttaa siirtolinjan "viimeisen kilometrin" tehokkaasti ja alhaisin kustannuksin suurten taajuuksien mikroaalloilla ja siten suurilla tiedonsiirtonopeuksilla.

Optisten kuitujen koodaamien datan siirtämiseksi valonvoimakkuuden muutoksen avulla millimetrin aalloilla tarvitaan erittäin nopeita - ja siksi kalliita elektronisia komponentteja.

Leuthold ja hänen kollegansa ovat nyt onnistuneet rakentamaan valomodulaattorin, joka toimii täysin ilman paristoja ja elektroniikkaa.

Tutkijoiden rakentama modulaattori koostuu alle millimetrin mittaisesta sirusta, joka sisältää myös mikroaaltoantennin. Antenni vastaanottaa millimetriaallot ja muuntaa ne sähköjännitteeksi. Jännite vaikuttaa sitten sirun keskellä olevaan ohueen rakoon - modulaattorin todellisen sydämeen.

Kapea rako on vain muutama mikrometriä pitkä ja alle sadan nanometriä leveä. Se on täynnä materiaalia, joka on erityisen herkkä sähkökentille. Kun valonsäde syötetään rakoon, se ei etenekään sähkömagneettisena aaltona, vaan plasmonisesti.

Plasmonit koostuvat sähkömagneettisista kentistä ja sähkövarauksen värähtelystä metallin pinnalla. Tämän ominaisuuden ansiosta ne voivat olla suppeampia kuin valoaallot.

Raon sisällä oleva sähköisesti herkkä ("epälineaarinen") materiaali takaa, että jopa pienin sähkökenttä, jonka antenni tuottaa, vaikuttaa voimakkaasti plasmonien etenemiseen. Tämä vaikutus aaltojen värähtelyvaiheeseen säilyy, kun plasmonit muunnetaan takaisin valoaalloiksi raon lopussa.

Laboratoriokokeessa jopa 60 gigahertsin mikroaaltosignaaleilla, tutkijat pystyivät osoittamaan 10 Gigabitin sekunnissa tiedonsiirtonopeudet viiden metrin etäisyydellä ja 20 gigabittiä sekunnissa yli metrille.

Pienen koon ja vähäisen energiankulutuksen lisäksi uudella modulaattorilla on useita muita etuja. "Suora siirtyminen millimetriaalloista valoaaltoihin tekee modulaattoristamme erityisen monipuolisen datakoodauksen taajuuden ja täsmällisen muodon suhteen", professori Jürg Leuthold korostaa.