อัลตร้าไวด์แบนด์ 997GHz ใหม่ตัวปรับแสงไฟฟ้า
เครื่องปรับคลื่นแสงไฟฟ้าแบบแบนด์วิดท์กว้างพิเศษรุ่นใหม่ได้สร้างสถิติแบนด์วิดท์ที่ 997GHz
เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยในเมืองซูริก ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเครื่องมอดูเลเตอร์อิเล็กโทรออปติกแบนด์กว้างพิเศษ (ultra-wideband electro-optic modulator) ที่ทำงานที่ความถี่ตั้งแต่ 10 MHz ถึง 1.14 THz โดยสร้างสถิติแบนด์วิดท์สูงสุดที่ 3 dB ที่ความถี่ 997 GHz ซึ่งสูงกว่าสถิติปัจจุบันถึงสองเท่า ความก้าวหน้าครั้งนี้เป็นผลมาจากการออกแบบเครื่องมอดูเลเตอร์พลาสมาที่ได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้น ซึ่งเปิดพื้นที่ใหม่สำหรับวงจรรวมโฟโตนิกส์ (PICs) ระดับเทราเฮิร์ตซ์ในอนาคต
ปัจจุบัน การสื่อสารไร้สายส่วนใหญ่อาศัยไมโครเวฟและคลื่นมิลลิเมตร แต่ทรัพยากรสเปกตรัมของย่านความถี่เหล่านี้มีแนวโน้มอิ่มตัว แม้ว่าการสื่อสารด้วยแสงจะมีแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ แต่ก็ไม่สามารถใช้สำหรับการส่งสัญญาณไร้สายในอวกาศได้โดยตรง ดังนั้น การสื่อสาร THz จึงถือเป็น "สะพานทอง" ที่เชื่อมต่อเครือข่ายไร้สายและไฟเบอร์ออปติก ซึ่งเป็นโซลูชันที่เหมาะสมสำหรับระบบ 6G และระบบสื่อสารความเร็วสูง ปัญหาอยู่ที่ประสิทธิภาพของโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกที่มีอยู่ (เช่นตัวปรับ LiNbO₃, InGaAs และวัสดุซิลิกอน) ในย่านความถี่ THz ยังไม่เพียงพอ การลดทอนสัญญาณนั้นเห็นได้ชัด แบนด์วิดท์การทำงานอยู่ที่ประมาณ 14 GHz และความถี่พาหะสูงสุดอยู่ที่ 100 GHz ซึ่งยังห่างไกลจากมาตรฐานที่จำเป็นสำหรับการสื่อสาร THz ในบทความนี้ นักวิจัยได้พัฒนาตัวปรับสัญญาณแบบพลาสมาตัวใหม่ ซึ่งประสบความสำเร็จในการเพิ่มแบนด์วิดท์ 3 dB เป็น 997 GHz ซึ่งสูงกว่าสถิติปัจจุบันสองเท่า ดังแสดงในรูปที่ 1 ความก้าวหน้าครั้งนี้ไม่เพียงแต่ทำลายข้อจำกัดของเทคโนโลยีดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังขยายเส้นทางสู่การพัฒนาการสื่อสาร THz ในอนาคตอีกด้วย!
รูปที่ 1 เครื่องปรับสัญญาณไฟฟ้าออปติกพลาสมาที่มีแบนด์วิดท์ THz
ความก้าวหน้าสำคัญของโมดูเลเตอร์ชนิดใหม่นี้อยู่ที่เทคโนโลยีขั้นสูงที่เรียกว่า “ปรากฏการณ์พลาสมา” ลองนึกภาพว่าเมื่อแสงส่องลงบนพื้นผิวของโครงสร้างนาโนโลหะ แสงจะเกิดการสั่นพ้องกับอิเล็กตรอนในวัสดุ อิเล็กตรอนจะสั่นพ้องกันโดยอาศัยแสง ก่อให้เกิดคลื่นชนิดพิเศษ ความผันผวนนี้เองที่ทำให้ตัวปรับเปลี่ยนเพื่อควบคุมสัญญาณออปติคัลได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าโมดูเลเตอร์นี้แสดงคุณสมบัติการโมดูเลชั่นที่ดีในช่วง DC (กระแสตรง) ถึง 1.14 เฮิรตซ์ และมีอัตราขยายที่เสถียรในย่านความถี่ 500 GHz ถึง 800 GHz
เพื่อศึกษากลไกการทำงานของมอดูเลเตอร์อย่างลึกซึ้ง ทีมวิจัยได้สร้างแบบจำลองวงจรสมมูลโดยละเอียดและวิเคราะห์อิทธิพลของพารามิเตอร์โครงสร้างต่างๆ ที่มีต่อประสิทธิภาพของมอดูเลเตอร์ผ่านการจำลอง ผลการทดลองสอดคล้องกับแบบจำลองเชิงทฤษฎี ซึ่งช่วยยืนยันประสิทธิภาพและเสถียรภาพของมอดูเลเตอร์ได้เป็นอย่างดี นอกจากนี้ นักวิจัยยังได้เสนอแผนการปรับปรุง คาดว่าด้วยการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด ความถี่การทำงานของมอดูเลเตอร์นี้จะสูงกว่า 1 เทระเฮิรตซ์ในอนาคต และอาจสูงถึง 2 เทระเฮิรตซ์!
การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันยิ่งใหญ่ของพลาสมาตัวปรับแสงไฟฟ้าในการสื่อสาร THz และวงจรรวมโฟโตนิกส์ (PICs) อุปกรณ์นี้ด้วยคุณสมบัติแบนด์วิดท์กว้างพิเศษ ประสิทธิภาพสูง และความสามารถในการผสานรวม จึงถือเป็นโซลูชันใหม่ล่าสุดสำหรับการมอดูเลตสัญญาณ THz ในอนาคต ด้วยการปรับปรุงกระบวนการออกแบบและการผลิตอุปกรณ์ให้ดียิ่งขึ้น คาดว่าความถี่การทำงานของเครื่องมอดูเลเตอร์พลาสมาจะเกิน 2 THz ส่งผลให้มีอัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นและครอบคลุมคลื่นความถี่ที่กว้างขึ้น การมาถึงของยุค THz ไม่เพียงแต่หมายถึงการส่งข้อมูลที่รวดเร็วขึ้นและความสามารถในการตรวจจับที่แม่นยำยิ่งขึ้นเท่านั้น แต่ยังส่งเสริมการผสานรวมอย่างลึกซึ้งในหลายสาขา เช่น การสื่อสารไร้สาย การประมวลผลด้วยแสง และการตรวจจับอัจฉริยะ ความก้าวหน้าของเครื่องมอดูเลเตอร์อิเล็กโทรออปติกพลาสมาอาจเป็นก้าวสำคัญที่นำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยี THz ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการเชื่อมต่อความเร็วสูงของสังคมสารสนเทศในอนาคต
เวลาโพสต์: 9 มิ.ย. 2568