Yeni tip terahertz çoklayıcı, veri kapasitesini iki katına çıkardı ve benzeri görülmemiş bant genişliği ve düşük veri kaybıyla 6G iletişimini önemli ölçüde iyileştirdi.
Araştırmacılar, veri kapasitesini iki katına çıkaran ve 6G ve ötesine devrim niteliğinde ilerlemeler getiren süper geniş bantlı bir terahertz çoklayıcıyı tanıttı. (Görsel kaynağı: Getty Images)
Terahertz teknolojisiyle temsil edilen yeni nesil kablosuz iletişim, veri iletiminde devrim yaratmayı vaat ediyor.
Bu sistemler terahertz frekanslarında çalışır ve ultra hızlı veri iletimi ve iletişimi için eşsiz bant genişliği sunar. Ancak, bu potansiyeli tam olarak gerçekleştirmek için, özellikle mevcut spektrumun yönetilmesi ve etkili bir şekilde kullanılması konusunda önemli teknik zorlukların üstesinden gelinmesi gerekir.
Bu zorluğun üstesinden çığır açan bir gelişme geldi: Alt tabaka içermeyen bir silikon platform üzerinde gerçekleştirilen ilk ultra geniş bantlı entegre terahertz polarizasyon (de)multiplexer.
Bu yenilikçi tasarım, terahertz altı J bandını (220-330 GHz) hedef alır ve iletişimi 6G ve ötesine dönüştürmeyi amaçlar. Cihaz, düşük veri kaybı oranını korurken veri kapasitesini etkili bir şekilde iki katına çıkararak verimli ve güvenilir yüksek hızlı kablosuz ağların önünü açar.
Bu dönüm noktasının arkasındaki ekipte, Adelaide Üniversitesi Elektrik ve Makine Mühendisliği Okulu'ndan Profesör Withawat Withayachumnankul, şu anda Osaka Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Weijie Gao ve Profesör Masayuki Fujita yer alıyor.
Profesör Withayachumnankul, "Önerilen polarizasyon multipleksi, aynı frekans bandında birden fazla veri akışının eş zamanlı olarak iletilmesine olanak sağlıyor ve veri kapasitesini etkili bir şekilde iki katına çıkarıyor." dedi. Cihazın elde ettiği göreceli bant genişliği, herhangi bir frekans aralığında benzeri görülmemiş olup, entegre multipleksiler için önemli bir sıçramayı temsil ediyor.
Polarizasyon çoklayıcıları, birden fazla sinyalin aynı frekans bandını paylaşmasını sağlayarak kanal kapasitesini önemli ölçüde artırdığı için modern iletişimde olmazsa olmazdır.
Yeni cihaz bunu konik yönlü kuplörler ve anizotropik etkili ortam kaplaması kullanarak başarıyor. Bu bileşenler polarizasyon çift kırılmasını artırarak yüksek polarizasyon sönüm oranı (PER) ve geniş bant genişliğiyle sonuçlanıyor; bunlar verimli terahertz iletişim sistemlerinin temel özellikleri.
Karmaşık ve frekans bağımlı asimetrik dalga kılavuzlarına dayanan geleneksel tasarımların aksine, yeni multipleksör yalnızca hafif frekans bağımlılığı olan anizotropik kaplama kullanır. Bu yaklaşım, konik kuplörlerin sağladığı geniş bant genişliğinden tam olarak yararlanır.
Sonuç %40'a yakın kesirli bir bant genişliği, 20 dB'yi aşan ortalama bir PER ve yaklaşık 1 dB'lik minimum ekleme kaybıdır. Bu performans ölçümleri, genellikle dar bant genişliği ve yüksek kayıptan muzdarip olan mevcut optik ve mikrodalga tasarımlarının ölçümlerini çok geride bırakmaktadır.
Araştırma ekibinin çalışmaları yalnızca terahertz sistemlerinin verimliliğini artırmakla kalmıyor, aynı zamanda kablosuz iletişimde yeni bir çağın temellerini de atıyor. Dr. Gao, "Bu yenilik, terahertz iletişiminin potansiyelini açığa çıkarmada önemli bir itici güç." dedi. Uygulamalar arasında yüksek çözünürlüklü video akışı, artırılmış gerçeklik ve 6G gibi yeni nesil mobil ağlar yer alıyor.
Dikdörtgen metal dalga kılavuzlarına dayalı ortogonal mod dönüştürücüler (OMT'ler) gibi geleneksel terahertz polarizasyon yönetimi çözümleri önemli sınırlamalarla karşı karşıyadır. Metal dalga kılavuzları daha yüksek frekanslarda artan ohmik kayıplar yaşar ve üretim süreçleri katı geometrik gereksinimler nedeniyle karmaşıktır.
Mach-Zehnder interferometreleri veya fotonik kristaller kullananlar da dahil olmak üzere optik polarizasyon çoklayıcıları daha iyi bütünleştirilebilirlik ve daha düşük kayıplar sunar ancak genellikle bant genişliği, kompaktlık ve üretim karmaşıklığı arasında bir denge gerektirir.
Yönlü kuplörler optik sistemlerde yaygın olarak kullanılır ve kompakt boyut ve yüksek PER elde etmek için güçlü polarizasyon çift kırılması gerektirir. Ancak, dar bant genişliği ve üretim toleranslarına duyarlılıkla sınırlıdırlar.
Yeni multipleksör, konik yönlü kuplörlerin ve etkili orta kaplamanın avantajlarını bir araya getirerek bu sınırlamaların üstesinden gelir. Anizotropik kaplama, geniş bir bant genişliği boyunca yüksek PER sağlayarak önemli bir çift kırılma sergiler. Bu tasarım ilkesi, terahertz entegrasyonu için ölçeklenebilir ve pratik bir çözüm sunarak geleneksel yöntemlerden bir sapmayı işaret eder.
Multiplexer'ın deneysel doğrulaması, olağanüstü performansını doğruladı. Cihaz, 225-330 GHz aralığında verimli bir şekilde çalışarak, 20 dB'nin üzerinde bir PER korurken %37,8'lik kesirli bir bant genişliği elde etti. Kompakt boyutu ve standart üretim süreçleriyle uyumluluğu, onu seri üretime uygun hale getirir.
Dr. Gao, "Bu yenilik, yalnızca terahertz iletişim sistemlerinin verimliliğini artırmakla kalmıyor, aynı zamanda daha güçlü ve güvenilir yüksek hızlı kablosuz ağların da önünü açıyor." dedi.
Bu teknolojinin potansiyel uygulamaları iletişim sistemlerinin ötesine uzanıyor. Spektrum kullanımını iyileştirerek, multipleksör radar, görüntüleme ve Nesnelerin İnterneti gibi alanlarda ilerlemeleri yönlendirebilir. Profesör Withayachumnankul, "On yıl içinde, bu terahertz teknolojilerinin çeşitli endüstrilerde yaygın olarak benimsenmesini ve entegre edilmesini bekliyoruz" dedi.
Çoklayıcı ayrıca ekip tarafından geliştirilen daha önceki ışın oluşturma cihazlarıyla sorunsuz bir şekilde entegre edilebilir ve birleşik bir platformda gelişmiş iletişim işlevlerine olanak tanır. Bu uyumluluk, etkili orta kaplamalı dielektrik dalga kılavuzu platformunun çok yönlülüğünü ve ölçeklenebilirliğini vurgular.
Ekibin araştırma bulguları, fotonik terahertz teknolojisinin ilerlemesindeki önemini vurgulayarak Laser & Photonic Reviews dergisinde yayımlandı. Profesör Fujita, "Bu yeniliğin kritik teknik engelleri aşarak, bu alanda ilgi ve araştırma faaliyetini canlandırması bekleniyor." dedi.
Araştırmacılar, çalışmalarının önümüzdeki yıllarda yeni uygulamalara ve daha ileri teknolojik gelişmelere ilham kaynağı olacağını, nihayetinde ticari prototiplerin ve ürünlerin ortaya çıkmasını sağlayacağını öngörüyor.
Bu multiplexer, terahertz iletişiminin potansiyelini açığa çıkarmada önemli bir adım ileriyi temsil ediyor. Benzersiz performans ölçümleriyle entegre terahertz cihazları için yeni bir standart belirliyor.
Yüksek hızlı, yüksek kapasiteli iletişim ağlarına olan talep artmaya devam ettikçe, bu tür yenilikler kablosuz teknolojinin geleceğini şekillendirmede önemli bir rol oynayacaktır.
Yayınlanma zamanı: 16-Aralık-2024