Sähköis-optisia muunnoksia terahertsien valolla

ETH Zürichin tutkijoiden kehittämä modulaattori yltää ennätykselliseen kaistanleveyteen.

Plasmoniset modulaattorit ovat pieniä komponentteja, jotka muuntavat sähköiset signaalit optisiksi signaaleiksi kuljetettavaksi optisiin kuituihin. Tämäntyyppinen modulaattori ei ole koskaan onnistunut lähettämään dataa yli terahertsin taajuudella.

Nyt ETH Zürichin fotoniikan ja viestinnän professorin Jürg Leutholdin johtaman ryhmän tutkijat ovat onnistuneet tekemään juuri sen. Aiemmat modulaattorit pystyivät muuttamaan vain 100 tai 200 gigahertsin taajuuksia – toisin sanoen taajuuksia, jotka ovat 5-10 kertaa pienempiä.

Tällaisia ​​modulaattoreita voitaisiin käyttää kaikkialla, missä siirretään suuria määriä dataa, siltana sähköisen ja valolla tapahtuvan tiedonsiirron välillä. "Data on aina aluksi sähköisessä muodossa ja nykyään sen siirtoon liittyy aina jossain vaiheessa optisia kuituja", kertoo professori Leuthold.

Seuraavan sukupolven matkaviestintä (6G) toimii terahertsialueella. Sen runko – tukiasemien väliset kaapelit – perustuu valokuituteknologiaan. "Modulaattorimme mahdollistaa radiosignaalien ja muiden sähköisten signaalien muuntamisen optisiksi signaaleiksi suoraan ja siten tehokkaasti", sanoo Yannik Horst, joka työskenteli komponentin parissa väitöskirjansa aikana.

Vaikka terahertsisignaalien siirtäminen valokuidulle on jo teknisesti mahdollista, se on työläs prosessi ja vaatii tällä hetkellä useita kalliita komponentteja.

Uudet modulaattorit voivat muuntaa signaalit suoraan, mikä vähentää energiankulutusta ja lisää mittaustarkkuutta. Uutta modulaattoria voidaan käyttää millä tahansa taajuudella 10 megahertsistä 1,14 terahertsiin. "Katamme koko taajuusalueen yhdellä komponentilla, joten se on erittäin monipuolinen eri sovelluksissa", Horst sanoo.

Muita mahdollisia sovelluksia ovat valokuituinen datansiirto suorituskykyisten laskentakeskusten sisällä ja välillä. Viimeisenä, mutta ei vähäisimpänä, komponentit ovat kiinnostavia myös korkean suorituskyvyn mittaustekniikassa.

Tämän työn tavoite oli tutkia plasmonimodulaattoreita ja sitä kautta saada THz-taajuuksia fotonisiin integroituihin piireihin (PIC).

Uuden modulaattorn nanorakenne koostuu erilaisista materiaaleista, kuten kullasta, ja hyödyntää valon ja kullan sisällä olevien vapaiden elektronien välistä vuorovaikutusta.

Tekniikka kehitettiin ETH Zürichissä ja laitteen valmisti Polariton Technologies, ETH-spin-off, joka syntyi Leutholdin ryhmästä. Tällä hetkellä yhtiö pyrkii tuomaan terahertsimodulaattoria markkinoille, jotta sitä voidaan käyttää laajasti tulevissa tiedonsiirto- ja mittaustekniikan sovelluksissa.

Aiheesta aiemmin:

Plasmoneita ja tekoälyä terahertsitutkimuksiin

Optinen terahertsitransistori