Jenis baru multiplexer terahertz telah menggandakan kapasitas data dan secara signifikan meningkatkan komunikasi 6G dengan bandwidth yang belum pernah ada sebelumnya dan kehilangan data yang rendah.
Para peneliti telah memperkenalkan multiplexer terahertz pita super lebar yang menggandakan kapasitas data dan menghadirkan kemajuan revolusioner pada 6G dan seterusnya. (Sumber gambar: Getty Images)
Komunikasi nirkabel generasi berikutnya, yang diwakili oleh teknologi terahertz, menjanjikan akan merevolusi transmisi data.
Sistem ini beroperasi pada frekuensi terahertz, yang menawarkan lebar pita yang tak tertandingi untuk transmisi dan komunikasi data yang sangat cepat. Namun, untuk sepenuhnya mewujudkan potensi ini, tantangan teknis yang signifikan harus diatasi, khususnya dalam mengelola dan memanfaatkan spektrum yang tersedia secara efektif.
Kemajuan yang luar biasa telah menjawab tantangan ini: multiplekser polarisasi terahertz terintegrasi pita ultra lebar pertama yang diwujudkan pada platform silikon bebas substrat.
Desain inovatif ini menargetkan pita J sub-terahertz (220-330 GHz) dan bertujuan untuk mengubah komunikasi untuk 6G dan seterusnya. Perangkat ini secara efektif menggandakan kapasitas data sambil mempertahankan tingkat kehilangan data yang rendah, membuka jalan bagi jaringan nirkabel berkecepatan tinggi yang efisien dan andal.
Tim di balik tonggak sejarah ini termasuk Profesor Withawat Withayachumnankul dari Sekolah Teknik Listrik dan Mekanik Universitas Adelaide, Dr. Weijie Gao, sekarang menjadi peneliti pascadoktoral di Universitas Osaka, dan Profesor Masayuki Fujita.
Profesor Withayachumnankul menyatakan, "Multiplexer polarisasi yang diusulkan memungkinkan beberapa aliran data ditransmisikan secara bersamaan dalam pita frekuensi yang sama, sehingga secara efektif menggandakan kapasitas data." Bandwidth relatif yang dicapai oleh perangkat ini belum pernah terjadi sebelumnya di semua rentang frekuensi, yang merupakan lompatan signifikan untuk multiplexer terintegrasi.
Multiplexer polarisasi sangat penting dalam komunikasi modern karena memungkinkan beberapa sinyal berbagi pita frekuensi yang sama, sehingga meningkatkan kapasitas saluran secara signifikan.
Perangkat baru ini mencapai hal ini dengan memanfaatkan coupler arah berbentuk kerucut dan pelapis media efektif anisotropik. Komponen-komponen ini meningkatkan birefringensi polarisasi, menghasilkan rasio kepunahan polarisasi (PER) yang tinggi dan lebar pita yang lebar—karakteristik utama sistem komunikasi terahertz yang efisien.
Tidak seperti desain tradisional yang mengandalkan pandu gelombang asimetris yang kompleks dan bergantung pada frekuensi, multiplekser baru ini menggunakan pelapis anisotropik dengan ketergantungan frekuensi yang hanya sedikit. Pendekatan ini sepenuhnya memanfaatkan lebar pita yang disediakan oleh kopler berbentuk kerucut.
Hasilnya adalah lebar pita fraksional mendekati 40%, PER rata-rata melebihi 20 dB, dan kehilangan penyisipan minimum sekitar 1 dB. Metrik kinerja ini jauh melampaui desain optik dan gelombang mikro yang ada, yang sering kali mengalami lebar pita sempit dan kehilangan tinggi.
Pekerjaan tim peneliti tersebut tidak hanya meningkatkan efisiensi sistem terahertz tetapi juga meletakkan dasar bagi era baru dalam komunikasi nirkabel. Dr. Gao mencatat, "Inovasi ini merupakan pendorong utama dalam membuka potensi komunikasi terahertz." Aplikasinya meliputi streaming video definisi tinggi, augmented reality, dan jaringan seluler generasi berikutnya seperti 6G.
Solusi manajemen polarisasi terahertz tradisional, seperti transduser mode ortogonal (OMT) yang berbasis pada pemandu gelombang logam persegi panjang, menghadapi keterbatasan yang signifikan. Pemandu gelombang logam mengalami peningkatan kerugian ohmik pada frekuensi yang lebih tinggi, dan proses pembuatannya rumit karena persyaratan geometri yang ketat.
Multiplexer polarisasi optik, termasuk yang menggunakan interferometer Mach-Zehnder atau kristal fotonik, menawarkan integrasi yang lebih baik dan kerugian yang lebih rendah tetapi sering kali memerlukan keseimbangan antara lebar pita, kekompakan, dan kerumitan manufaktur.
Kopler terarah banyak digunakan dalam sistem optik dan memerlukan birefringensi polarisasi yang kuat untuk mencapai ukuran yang ringkas dan PER yang tinggi. Namun, kopler terarah dibatasi oleh lebar pita yang sempit dan sensitivitas terhadap toleransi produksi.
Multiplexer baru ini menggabungkan keunggulan coupler arah berbentuk kerucut dan pelapisan media yang efektif, sehingga mengatasi keterbatasan ini. Pelapisan anisotropik menunjukkan birefringensi yang signifikan, memastikan PER yang tinggi di seluruh lebar pita. Prinsip desain ini menandai perubahan dari metode tradisional, menyediakan solusi yang dapat diskalakan dan praktis untuk integrasi terahertz.
Validasi eksperimental multiplexer mengonfirmasi kinerjanya yang luar biasa. Perangkat ini beroperasi secara efisien dalam rentang 225-330 GHz, mencapai bandwidth fraksional sebesar 37,8% sambil mempertahankan PER di atas 20 dB. Ukurannya yang ringkas dan kompatibilitasnya dengan proses manufaktur standar membuatnya cocok untuk produksi massal.
Dr. Gao berkomentar, "Inovasi ini tidak hanya meningkatkan efisiensi sistem komunikasi terahertz tetapi juga membuka jalan bagi jaringan nirkabel berkecepatan tinggi yang lebih kuat dan andal."
Potensi penerapan teknologi ini melampaui sistem komunikasi. Dengan meningkatkan pemanfaatan spektrum, multiplexer dapat mendorong kemajuan dalam bidang seperti radar, pencitraan, dan Internet of Things. "Dalam satu dekade, kami berharap teknologi terahertz ini dapat diadopsi secara luas dan diintegrasikan di berbagai industri," kata Profesor Withayachumnankul.
Multiplexer juga dapat diintegrasikan dengan mulus dengan perangkat beamforming sebelumnya yang dikembangkan oleh tim, yang memungkinkan fungsionalitas komunikasi tingkat lanjut pada platform terpadu. Kompatibilitas ini menyoroti fleksibilitas dan skalabilitas platform pemandu gelombang dielektrik berbalut medium yang efektif.
Temuan penelitian tim tersebut telah dipublikasikan dalam jurnal Laser & Photonic Reviews, yang menekankan pentingnya temuan tersebut dalam memajukan teknologi terahertz fotonik. Profesor Fujita mengatakan, "Dengan mengatasi hambatan teknis yang kritis, inovasi ini diharapkan dapat merangsang minat dan aktivitas penelitian di bidang tersebut."
Para peneliti mengantisipasi bahwa pekerjaan mereka akan menginspirasi aplikasi baru dan perbaikan teknologi lebih lanjut di tahun-tahun mendatang, yang pada akhirnya mengarah pada prototipe dan produk komersial.
Multiplexer ini merupakan langkah maju yang signifikan dalam membuka potensi komunikasi terahertz. Multiplexer ini menetapkan standar baru untuk perangkat terahertz terintegrasi dengan metrik kinerja yang belum pernah ada sebelumnya.
Karena permintaan akan jaringan komunikasi berkecepatan tinggi dan berkapasitas tinggi terus tumbuh, inovasi semacam itu akan memainkan peran penting dalam membentuk masa depan teknologi nirkabel.
Waktu posting: 16-Des-2024