ใหม่ Ultra-Wideband 997GHzเครื่องปรับคลื่นแสงไฟฟ้า
โมดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าแบนด์วิดท์กว้างพิเศษตัวใหม่ได้สร้างสถิติแบนด์วิดท์ที่ 997GHz
เมื่อไม่นานนี้ ทีมวิจัยในเมืองซูริก ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ได้พัฒนาโมดูเลเตอร์อิเล็กโทรออปติกแบนด์กว้างพิเศษที่ทำงานได้ในช่วงความถี่ตั้งแต่ 10 MHz ถึง 1.14 THz สำเร็จ โดยสร้างสถิติแบนด์วิดท์สูงสุดที่ 3 dB ที่ 997 GHz ซึ่งสูงกว่าสถิติปัจจุบันถึงสองเท่า ความก้าวหน้าครั้งนี้เกิดจากการออกแบบโมดูเลเตอร์พลาสมาที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม ซึ่งเปิดพื้นที่ใหม่ให้กับวงจรรวมโฟโตนิกเทราเฮิร์ตซ์ (PICs) ในอนาคต
ปัจจุบัน การสื่อสารไร้สายส่วนใหญ่อาศัยไมโครเวฟและคลื่นมิลลิเมตร แต่ทรัพยากรสเปกตรัมของย่านความถี่เหล่านี้มีแนวโน้มอิ่มตัว แม้ว่าการสื่อสารด้วยแสงจะมีแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ แต่ก็ไม่สามารถใช้สำหรับการส่งสัญญาณไร้สายในอวกาศโดยตรงได้ ดังนั้น การสื่อสาร THz จึงถือเป็น "สะพานทอง" ที่เชื่อมต่อเครือข่ายไร้สายและไฟเบอร์ออปติก โดยให้โซลูชันที่เหมาะสำหรับระบบสื่อสาร 6G และระบบสื่อสารอัตราสูง ปัญหาอยู่ที่ประสิทธิภาพของโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกที่มีอยู่ (เช่นโมดูเลเตอร์ LiNbO₃, InGaAs และวัสดุที่ใช้ซิลิกอน) ในแบนด์ความถี่ THz ยังไม่เพียงพอ การลดทอนสัญญาณนั้นชัดเจน แบนด์วิดท์การทำงานอยู่ที่ประมาณ 14 GHz เท่านั้น และความถี่พาหะสูงสุดอยู่ที่ 100 GHz เท่านั้น ซึ่งยังห่างไกลจากมาตรฐานที่จำเป็นสำหรับการสื่อสาร THz ในบทความนี้ นักวิจัยได้พัฒนาโมดูเลเตอร์ที่ใช้พลาสม่าตัวใหม่ สามารถเพิ่มแบนด์วิดท์ 3 dB เป็น 997 GHz ได้สำเร็จ ซึ่งเพิ่มเป็นสองเท่าของสถิติปัจจุบัน ดังที่แสดงในรูปที่ 1 ความก้าวหน้าครั้งนี้ไม่เพียงทำลายข้อจำกัดของเทคโนโลยีดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังขยายเส้นทางสำหรับการพัฒนาการสื่อสาร THz ในอนาคตอีกด้วย!
รูปที่ 1 โมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกพลาสมาที่มีแบนด์วิดท์ THz
ความก้าวหน้าที่สำคัญของโมดูเลเตอร์ประเภทใหม่นี้อยู่ที่เทคโนโลยีขั้นสูงที่เรียกว่า “เอฟเฟกต์พลาสม่า” ลองนึกดูว่าเมื่อแสงส่องลงบนพื้นผิวของโครงสร้างนาโนโลหะ แสงจะเกิดการสั่นพ้องกับอิเล็กตรอนในวัสดุ อิเล็กตรอนจะสั่นพ้องกันโดยขับเคลื่อนด้วยแสง ทำให้เกิดคลื่นชนิดพิเศษ ความผันผวนนี้เองที่ทำให้สามารถตัวปรับเปลี่ยนเพื่อควบคุมสัญญาณออปติคอลด้วยประสิทธิภาพที่สูงมาก ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าโมดูเลเตอร์แสดงลักษณะการมอดูเลชั่นที่ดีในช่วง DC (กระแสตรง) ถึง 1.14 THz และมีค่าเกนที่เสถียรในย่านความถี่ 500 GHz ถึง 800 GHz
เพื่อศึกษาการทำงานของโมดูเลเตอร์อย่างลึกซึ้ง ทีมวิจัยได้สร้างแบบจำลองวงจรเทียบเท่าโดยละเอียดและวิเคราะห์อิทธิพลของพารามิเตอร์โครงสร้างต่างๆ ที่มีต่อประสิทธิภาพของโมดูเลเตอร์ผ่านการจำลอง ผลการทดลองสอดคล้องกับแบบจำลองเชิงทฤษฎี ซึ่งช่วยยืนยันประสิทธิภาพและความเสถียรของโมดูเลเตอร์ได้ดียิ่งขึ้น นอกจากนี้ นักวิจัยยังได้เสนอแผนการปรับปรุง คาดว่าด้วยการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด ความถี่ในการทำงานของโมดูเลเตอร์นี้จะเกิน 1THz ในอนาคต และอาจถึง 2THz ก็ได้!
การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันยิ่งใหญ่ของพลาสม่าเครื่องควบคุมแสงไฟฟ้าในการสื่อสาร THz และวงจรรวมโฟโตนิกส์ (PICs) อุปกรณ์นี้ซึ่งมีลักษณะแบนด์วิดท์กว้างพิเศษ ประสิทธิภาพสูง และบูรณาการได้ ถือเป็นโซลูชันใหม่ล่าสุดสำหรับการมอดูเลตสัญญาณ THz ในอนาคต ด้วยการปรับปรุงการออกแบบและกระบวนการผลิตอุปกรณ์เพิ่มเติม คาดว่าความถี่การทำงานของโมดูเลเตอร์พลาสมาจะเกิน 2 THz ทำให้มีอัตราข้อมูลที่สูงขึ้นและครอบคลุมสเปกตรัมที่กว้างขึ้น การมาถึงของยุค THz ไม่เพียงแต่หมายถึงการส่งข้อมูลที่รวดเร็วขึ้นและความสามารถในการตรวจจับที่แม่นยำยิ่งขึ้นเท่านั้น แต่ยังส่งเสริมการบูรณาการอย่างลึกซึ้งของหลายสาขา เช่น การสื่อสารไร้สาย การคำนวณด้วยแสง และการตรวจจับอัจฉริยะ ความก้าวหน้าของโมดูเลเตอร์ไฟฟ้า-ออปติกพลาสมาอาจกลายเป็นก้าวสำคัญที่นำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยี THz ซึ่งสร้างรากฐานสำหรับการเชื่อมต่อความเร็วสูงของสังคมข้อมูลในอนาคต
เวลาโพสต์: 09-06-2025