อัลตร้าไวด์แบนด์ใหม่ 997GHzตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติก
อุปกรณ์ปรับสัญญาณแสงและไฟฟ้าแบบอัลตร้าไวด์แบนด์รุ่นใหม่ได้สร้างสถิติแบนด์วิดท์สูงสุดที่ 997 GHz
เมื่อไม่นานมานี้ ทีมวิจัยในเมืองซูริค ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ประสบความสำเร็จในการพัฒนาตัวปรับสัญญาณแสงไฟฟ้าแบบอัลตร้าไวด์แบนด์ที่ทำงานในช่วงความถี่ตั้งแต่ 10 เมกะเฮิร์ตซ์ถึง 1.14 เทราเฮิร์ตซ์ โดยทำลายสถิติแบนด์วิดท์ 3 เดซิเบลที่ 997 กิกะเฮิร์ตซ์ ซึ่งเป็นสองเท่าของสถิติเดิม ความก้าวหน้าครั้งนี้เกิดจากการออกแบบตัวปรับสัญญาณพลาสมาที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งเปิดโอกาสใหม่สำหรับวงจรรวมโฟตอนิกเทราเฮิร์ตซ์ (PIC) ในอนาคต
ปัจจุบัน การสื่อสารไร้สายส่วนใหญ่อาศัยคลื่นไมโครเวฟและคลื่นมิลลิเมตร แต่ทรัพยากรคลื่นความถี่ในย่านความถี่เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเต็มแล้ว แม้ว่าการสื่อสารด้วยแสงจะมีแบนด์วิดท์สูง แต่ก็ไม่สามารถใช้สำหรับการส่งสัญญาณไร้สายในพื้นที่โล่งได้โดยตรง ดังนั้น การสื่อสารในย่านเทราเฮิรตซ์ (THz) จึงถูกมองว่าเป็น "สะพานทองคำ" ที่เชื่อมต่อเครือข่ายไร้สายและเครือข่ายใยแก้วนำแสง โดยเป็นทางออกที่เหมาะสมสำหรับระบบการสื่อสาร 6G และอัตราความเร็วสูงกว่า ปัญหาอยู่ที่ประสิทธิภาพของตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าแสงที่มีอยู่ (เช่นตัวปรับแต่ง LiNbO₃ประสิทธิภาพของตัวปรับสัญญาณ (modulator) ที่ใช้พลาสมา (เช่น InGaAs และวัสดุที่ใช้ซิลิคอน) ในย่านความถี่เทราเฮิรตซ์นั้นยังไม่เพียงพอ การลดทอนของสัญญาณนั้นชัดเจน แบนด์วิดท์ในการทำงานอยู่ที่ประมาณ 14 GHz เท่านั้น และความถี่พาหะสูงสุดอยู่ที่ 100 GHz ซึ่งยังห่างไกลจากมาตรฐานที่จำเป็นสำหรับการสื่อสารในย่านความถี่เทราเฮิรตซ์ ในบทความนี้ นักวิจัยได้พัฒนาตัวปรับสัญญาณแบบใหม่ที่ใช้พลาสมา ซึ่งประสบความสำเร็จในการเพิ่มแบนด์วิดท์ 3 dB เป็น 997 GHz ซึ่งเป็นสองเท่าของสถิติปัจจุบัน ดังแสดงในรูปที่ 1 ความก้าวหน้านี้ไม่เพียงแต่ทำลายข้อจำกัดของเทคโนโลยีแบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังเปิดทางให้กับการพัฒนาการสื่อสารในย่านความถี่เทราเฮิรตซ์ในอนาคตอีกด้วย!
รูปที่ 1 ตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าเชิงแสงพลาสมาที่มีแบนด์วิดท์ระดับเทราเฮิรตซ์
หัวใจสำคัญของการพัฒนาตัวปรับสัญญาณชนิดใหม่นี้อยู่ที่เทคโนโลยีขั้นสูงที่เรียกว่า “ปรากฏการณ์พลาสมา” ลองนึกภาพว่าเมื่อแสงส่องกระทบพื้นผิวของโครงสร้างนาโนโลหะ แสงจะเกิดการสั่นพ้องกับอิเล็กตรอนในวัสดุ – อิเล็กตรอนจะสั่นไหวรวมกันตามแรงกระตุ้นของแสง ก่อให้เกิดคลื่นชนิดพิเศษ การสั่นไหวนี้เองที่ทำให้...ตัวปรับสัญญาณเพื่อควบคุมสัญญาณแสงด้วยประสิทธิภาพสูงมาก ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าตัวปรับสัญญาณมีลักษณะการปรับสัญญาณที่ดีในช่วงตั้งแต่กระแสตรง (DC) ถึง 1.14 เทราเฮิร์ตซ์ (THz) และมีอัตราขยายที่เสถียรในช่วงความถี่ 500 ถึง 800 กิกะเฮิร์ตซ์ (GHz)
เพื่อศึกษาถึงกลไกการทำงานของตัวปรับสัญญาณอย่างละเอียด ทีมวิจัยได้สร้างแบบจำลองวงจรสมมูลโดยละเอียดและวิเคราะห์อิทธิพลของพารามิเตอร์โครงสร้างต่างๆ ที่มีต่อประสิทธิภาพของตัวปรับสัญญาณผ่านการจำลอง ผลการทดลองสอดคล้องกับแบบจำลองทางทฤษฎีเป็นอย่างดี ซึ่งเป็นการยืนยันถึงประสิทธิภาพและความเสถียรของตัวปรับสัญญาณ นอกจากนี้ นักวิจัยยังได้เสนอแผนการปรับปรุง คาดว่าด้วยการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด ความถี่ในการทำงานของตัวปรับสัญญาณนี้จะสามารถเกิน 1 THz ในอนาคต และอาจสูงถึง 2 THz ได้อีกด้วย!
การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันยิ่งใหญ่ของพลาสมาตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติกในด้านการสื่อสารเทราเฮิรตซ์ (THz) และวงจรรวมโฟตอนิกส์ (PICs) อุปกรณ์นี้ ด้วยคุณลักษณะของย่านความถี่กว้างพิเศษ ประสิทธิภาพสูง และความสามารถในการรวมเข้ากับระบบอื่น ๆ จึงเป็นโซลูชันใหม่สำหรับการปรับสัญญาณเทราเฮิรตซ์ ในอนาคต ด้วยการปรับปรุงการออกแบบอุปกรณ์และกระบวนการผลิตให้ดียิ่งขึ้น คาดว่าความถี่ในการทำงานของตัวปรับสัญญาณพลาสมาจะเกิน 2 เทราเฮิรตซ์ ทำให้ได้อัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นและครอบคลุมสเปกตรัมที่กว้างขึ้น การมาถึงของยุคเทราเฮิรตซ์ไม่ได้หมายถึงเพียงแค่การส่งข้อมูลที่เร็วขึ้นและความสามารถในการตรวจจับที่แม่นยำยิ่งขึ้นเท่านั้น แต่ยังส่งเสริมการบูรณาการอย่างลึกซึ้งในหลายสาขา เช่น การสื่อสารไร้สาย การคำนวณเชิงแสง และการตรวจจับอัจฉริยะ ความก้าวหน้าของตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติกพลาสมาอาจกลายเป็นก้าวสำคัญที่นำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีเทราเฮิรตซ์ และเป็นรากฐานสำหรับการเชื่อมต่อความเร็วสูงของสังคมสารสนเทศในอนาคต
วันที่เผยแพร่: 9 มิถุนายน 2568