Multiplexer terahertz jenis baru memiliki kapasitas data dua kali lipat dan meningkatkan komunikasi 6G secara signifikan 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 membawa kemajuan revolusioner pada 6G dan seterusnya. (Sumber gambar: Getty Images)
Komunikasi nirkabel generasi berikutnya, yang diwakili oleh teknologi terahertz, menjanjikan revolusi dalam transmisi data.
Sistem ini beroperasi pada frekuensi terahertz, menawarkan bandwidth tak tertandingi untuk transmisi data dan komunikasi ultra-cepat. Namun, untuk sepenuhnya mewujudkan potensi ini, tantangan teknis yang signifikan harus diatasi, khususnya dalam mengelola dan memanfaatkan spektrum yang tersedia secara efektif.
Kemajuan inovatif telah mengatasi tantangan ini: polarisasi terahertz (de)multiplexer terintegrasi ultra-wideband pertama yang diwujudkan pada platform silikon bebas substrat.
Desain inovatif ini menargetkan pita sub-terahertz J (220-330 GHz) dan bertujuan untuk mengubah komunikasi untuk 6G dan seterusnya. Perangkat ini secara efektif menggandakan kapasitas data sekaligus mempertahankan tingkat kehilangan data yang rendah, membuka jalan bagi jaringan nirkabel berkecepatan tinggi yang efisien dan andal.
Tim di balik pencapaian ini termasuk Profesor Withawat Withayachumnankul dari Fakultas Teknik Elektro dan Mekanik Universitas Adelaide, Dr. Weijie Gao, yang 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 pada rentang frekuensi apa pun, sehingga mewakili lompatan signifikan bagi multiplekser terintegrasi.
Multiplexer polarisasi sangat penting dalam komunikasi modern karena memungkinkan banyak sinyal untuk berbagi pita frekuensi yang sama, sehingga secara signifikan meningkatkan kapasitas saluran.
Perangkat baru ini mencapai hal ini dengan memanfaatkan skrup arah berbentuk kerucut dan pelapis medium anisotropik yang efektif. Komponen-komponen ini meningkatkan birefringence polarisasi, menghasilkan rasio kepunahan polarisasi (PER) yang tinggi dan bandwidth 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 menggunakan pelapis anisotropik dengan hanya sedikit ketergantungan frekuensi. Pendekatan ini sepenuhnya memanfaatkan bandwidth yang cukup yang disediakan oleh skrup berbentuk kerucut.
Hasilnya adalah bandwidth fraksional mendekati 40%, rata-rata PER melebihi 20 dB, dan insertion loss minimum sekitar 1 dB. Metrik kinerja ini jauh melampaui desain optik dan gelombang mikro yang ada, yang sering kali mengalami bandwidth yang sempit dan kerugian yang tinggi.
Pekerjaan tim peneliti 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 mencakup streaming video definisi tinggi, augmented reality, dan jaringan seluler generasi berikutnya seperti 6G.
Solusi manajemen polarisasi terahertz tradisional, seperti transduser mode ortogonal (OMT) berdasarkan pandu gelombang logam persegi panjang, menghadapi keterbatasan yang signifikan. Pandu gelombang logam mengalami peningkatan kerugian ohmik pada frekuensi yang lebih tinggi, dan proses pembuatannya rumit karena persyaratan geometris yang ketat.
Multiplexer polarisasi optik, termasuk yang menggunakan interferometer Mach-Zehnder atau kristal fotonik, menawarkan keterintegrasian yang lebih baik dan kerugian yang lebih rendah tetapi sering kali memerlukan trade-off antara bandwidth, kekompakan, dan kompleksitas manufaktur.
Coupler terarah banyak digunakan dalam sistem optik dan memerlukan birefringence polarisasi yang kuat untuk mencapai ukuran kompak dan PER tinggi. Namun, mereka dibatasi oleh bandwidth yang sempit dan kepekaan terhadap toleransi manufaktur.
Multiplekser baru ini menggabungkan keunggulan skrup arah berbentuk kerucut dan kelongsong medium yang efektif, sehingga mengatasi keterbatasan ini. Kelongsong anisotropik menunjukkan birefringence yang signifikan, memastikan PER tinggi pada bandwidth yang lebar. Prinsip desain ini menandai penyimpangan dari metode tradisional, memberikan solusi terukur dan praktis untuk integrasi terahertz.
Validasi eksperimental multiplexer mengkonfirmasi kinerjanya yang luar biasa. Perangkat beroperasi secara efisien pada rentang 225-330 GHz, mencapai fraksi bandwidth sebesar 37,8% sambil mempertahankan PER di atas 20 dB. Ukurannya yang ringkas dan kompatibilitas dengan proses manufaktur standar membuatnya cocok untuk produksi massal.
Dr. Gao berkomentar, "Inovasi ini tidak hanya meningkatkan efisiensi sistem komunikasi terahertz namun 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 di bidang-bidang seperti radar, pencitraan, dan Internet of Things. “Dalam satu dekade, kami berharap teknologi terahertz ini akan diadopsi secara luas dan terintegrasi di berbagai industri,” kata Profesor Withayachumnankul.
Multiplexer juga dapat diintegrasikan secara mulus dengan perangkat beamforming sebelumnya yang dikembangkan oleh tim, memungkinkan fungsi komunikasi tingkat lanjut pada platform terpadu. Kompatibilitas ini menyoroti keserbagunaan dan skalabilitas platform pandu gelombang dielektrik medium-clad yang efektif.
Temuan penelitian tim ini telah dipublikasikan di jurnal Laser & Photonic Reviews, menekankan pentingnya mereka dalam memajukan teknologi fotonik terahertz. Profesor Fujita mengatakan, "Dengan mengatasi hambatan teknis yang penting, inovasi ini diharapkan dapat merangsang minat dan aktivitas penelitian di bidang ini."
Para peneliti mengantisipasi bahwa pekerjaan mereka akan menginspirasi aplikasi baru dan peningkatan teknologi lebih lanjut di tahun-tahun mendatang, yang pada akhirnya akan menghasilkan prototipe dan produk komersial.
Multiplexer ini mewakili langkah maju yang signifikan dalam membuka potensi komunikasi terahertz. Ini menetapkan standar baru untuk perangkat terahertz terintegrasi dengan metrik kinerja yang belum pernah ada sebelumnya.
Seiring dengan meningkatnya permintaan akan jaringan komunikasi berkecepatan tinggi dan berkapasitas tinggi, inovasi semacam itu akan memainkan peran penting dalam membentuk masa depan teknologi nirkabel.
Waktu posting: 16 Des-2024