Aina mpya ya multiplexer ya terahertz imeongeza uwezo wa data maradufu na kuboresha kwa kiasi kikubwa mawasiliano ya 6G yenye kipimo data kisicho cha kawaida na upotezaji mdogo wa data.
Watafiti wameanzisha kizidishi cha terahertz cha bendi pana sana ambacho huongeza uwezo wa data maradufu na kuleta maendeleo makubwa hadi 6G na zaidi. (Chanzo cha picha: Getty Images)
Mawasiliano ya kizazi kijacho yasiyotumia waya, yanayowakilishwa na teknolojia ya terahertz, yanaahidi kuleta mapinduzi katika upitishaji wa data.
Mifumo hii hufanya kazi katika masafa ya terahertz, ikitoa kipimo data kisicho na kifani kwa ajili ya uwasilishaji na mawasiliano ya data yenye kasi ya juu. Hata hivyo, ili kutambua kikamilifu uwezo huu, changamoto kubwa za kiufundi lazima zishindwe, hasa katika kudhibiti na kutumia kwa ufanisi wigo unaopatikana.
Maendeleo makubwa yameshughulikia changamoto hii: kipima-umbo cha kwanza cha terahertz kilichounganishwa kwa upana wa bendi nyingi (ultra-wideband) kilichogunduliwa kwenye jukwaa la silicon lisilo na substrate.
Muundo huu bunifu unalenga bendi ya sub-terahertz J (220-330 GHz) na unalenga kubadilisha mawasiliano kwa 6G na zaidi. Kifaa hiki huongeza uwezo wa data mara mbili kwa ufanisi huku kikidumisha kiwango cha chini cha upotezaji wa data, na hivyo kutengeneza njia ya mitandao isiyotumia waya yenye ufanisi na ya kuaminika.
Timu iliyo nyuma ya hatua hii muhimu ni pamoja na Profesa Withawat Withayachumnankul kutoka Shule ya Uhandisi wa Umeme na Mitambo ya Chuo Kikuu cha Adelaide, Dkt. Weijie Gao, ambaye sasa ni mtafiti wa udaktari katika Chuo Kikuu cha Osaka, na Profesa Masayuki Fujita.
Profesa Withayachumnankul alisema, "Kizidishi cha polarization kilichopendekezwa huruhusu mitiririko mingi ya data kusambazwa kwa wakati mmoja ndani ya bendi moja ya masafa, na hivyo kuongeza maradufu uwezo wa data." Kipimo data kinachopatikana na kifaa hakijawahi kutokea katika masafa yoyote, kikiwakilisha hatua kubwa kwa vizidishi vilivyojumuishwa.
Vipimo vya polarization ni muhimu katika mawasiliano ya kisasa kwani huwezesha ishara nyingi kushiriki bendi moja ya masafa, na hivyo kuongeza kwa kiasi kikubwa uwezo wa chaneli.
Kifaa kipya kinafanikisha hili kwa kutumia viunganishi vya mwelekeo wa koni na kifuniko cha kati chenye ufanisi cha anisotropic. Vipengele hivi huongeza upolarization birefringence, na kusababisha uwiano mkubwa wa kutoweka kwa upolarization (PER) na kipimo data kipana—sifa muhimu za mifumo bora ya mawasiliano ya terahertz.
Tofauti na miundo ya kitamaduni ambayo hutegemea miongozo ya mawimbi isiyo na ulinganifu na tata inayotegemea masafa, kifaa kipya cha kuzidisha data hutumia ufunikaji wa anisotropic kwa utegemezi mdogo tu wa masafa. Mbinu hii hutumia kikamilifu kipimo data cha kutosha kinachotolewa na viunganishi vya koni.
Matokeo yake ni kipimo data cha sehemu karibu na 40%, wastani wa PER unaozidi 20 dB, na upotevu wa chini kabisa wa uingizaji wa takriban 1 dB. Vipimo hivi vya utendaji vinazidi sana vile vya miundo ya macho na microwave iliyopo, ambayo mara nyingi inakabiliwa na kipimo data kidogo na upotevu mkubwa.
Kazi ya timu ya utafiti sio tu kwamba inaongeza ufanisi wa mifumo ya terahertz lakini pia inaweka msingi wa enzi mpya katika mawasiliano yasiyotumia waya. Dkt. Gao alibainisha, "Ubunifu huu ni kichocheo muhimu katika kufungua uwezo wa mawasiliano ya terahertz." Programu zinajumuisha utiririshaji wa video wa hali ya juu, uhalisia ulioboreshwa, na mitandao ya simu ya kizazi kijacho kama 6G.
Suluhisho za jadi za usimamizi wa upolarization wa terahertz, kama vile vibadilishaji vya hali ya orthogonal (OMTs) kulingana na miongozo ya mawimbi ya chuma ya mstatili, zinakabiliwa na mapungufu makubwa. Miongozo ya mawimbi ya chuma hupata hasara kubwa ya ohmic katika masafa ya juu, na michakato yao ya utengenezaji ni ngumu kutokana na mahitaji magumu ya kijiometri.
Vizidishi vya upolarization wa macho, ikiwa ni pamoja na vile vinavyotumia vipima-umbo vya Mach-Zehnder au fuwele za fotoniki, hutoa ujumuishaji bora na hasara ndogo lakini mara nyingi huhitaji maelewano kati ya kipimo data, ufupi, na ugumu wa utengenezaji.
Viunganishi vya mwelekeo hutumika sana katika mifumo ya macho na vinahitaji uwazi mkubwa wa upatanishi ili kufikia ukubwa mdogo na PER ya juu. Hata hivyo, vinazuiwa na kipimo data kidogo na unyeti kwa uvumilivu wa utengenezaji.
Kiongeza sauti kipya kinachanganya faida za viunganishi vya mwelekeo wa koni na kifuniko cha kati chenye ufanisi, na kushinda mapungufu haya. Kifuniko cha anisotropic kinaonyesha uwazi mkubwa wa birefringence, kuhakikisha PER ya juu katika kipimo data kikubwa. Kanuni hii ya muundo inaashiria tofauti na mbinu za jadi, ikitoa suluhisho linaloweza kupanuliwa na la vitendo kwa ajili ya ujumuishaji wa terahertz.
Uthibitishaji wa majaribio wa kifaa cha kuzidisha data ulithibitisha utendaji wake wa kipekee. Kifaa hiki hufanya kazi kwa ufanisi katika masafa ya 225-330 GHz, kikifikia kipimo data cha sehemu cha 37.8% huku kikidumisha PER zaidi ya 20 dB. Ukubwa wake mdogo na utangamano na michakato ya kawaida ya utengenezaji hukifanya kifae kwa uzalishaji wa wingi.
Dkt. Gao alisema, "Ubunifu huu sio tu kwamba unaongeza ufanisi wa mifumo ya mawasiliano ya terahertz lakini pia unafungua njia kwa mitandao isiyotumia waya yenye nguvu na ya kuaminika zaidi."
Matumizi yanayowezekana ya teknolojia hii yanaenea zaidi ya mifumo ya mawasiliano. Kwa kuboresha matumizi ya wigo, kifaa cha kuzidisha data kinaweza kuendesha maendeleo katika nyanja kama vile rada, upigaji picha, na Intaneti ya Vitu. "Ndani ya muongo mmoja, tunatarajia teknolojia hizi za terahertz kupitishwa sana na kuunganishwa katika tasnia mbalimbali," Profesa Withayachumnankul alisema.
Kizidishi pia kinaweza kuunganishwa bila shida na vifaa vya awali vya kutengeneza miale vilivyotengenezwa na timu, na kuwezesha utendaji kazi wa hali ya juu wa mawasiliano kwenye jukwaa lililounganishwa. Utangamano huu unaangazia uhodari na uwezo wa kupanuka wa jukwaa la mwongozo wa mawimbi la dielectric lenye ufanisi wa kati.
Matokeo ya utafiti wa timu hiyo yamechapishwa katika jarida la Laser & Photonic Reviews, yakisisitiza umuhimu wake katika kuendeleza teknolojia ya terahertz ya fotoniki. Profesa Fujita alisema, "Kwa kushinda vikwazo muhimu vya kiufundi, uvumbuzi huu unatarajiwa kuchochea shauku na shughuli za utafiti katika uwanja huo."
Watafiti wanatarajia kwamba kazi yao itahamasisha matumizi mapya na maboresho zaidi ya kiteknolojia katika miaka ijayo, na hatimaye itasababisha mifano na bidhaa za kibiashara.
Kipima data hiki kinawakilisha hatua muhimu mbele katika kufungua uwezo wa mawasiliano ya terahertz. Kinaweka kiwango kipya cha vifaa vilivyounganishwa vya terahertz pamoja na vipimo vyake vya utendaji visivyo na kifani.
Kadri mahitaji ya mitandao ya mawasiliano ya kasi ya juu na yenye uwezo mkubwa yanavyoendelea kukua, uvumbuzi kama huo utachukua jukumu muhimu katika kuunda mustakabali wa teknolojia isiyotumia waya.
Muda wa chapisho: Desemba 16-2024