Jenis multiplexer terahertz baru telah menggandakan kapasitas data dan secara signifikan meningkatkan komunikasi 6G dengan bandwidth yang belum pernah terjadi sebelumnya dan kehilangan data yang rendah.
Para peneliti telah memperkenalkan multiplexer terahertz pita super lebar yang menggandakan kapasitas data dan menghadirkan kemajuan revolusioner untuk 6G dan seterusnya. (Sumber gambar: Getty Images)
Komunikasi nirkabel generasi berikutnya, yang diwakili oleh teknologi terahertz, menjanjikan revolusi dalam transmisi data.
Sistem-sistem ini beroperasi pada frekuensi terahertz, menawarkan bandwidth yang tak tertandingi untuk transmisi dan komunikasi data ultra cepat. Namun, untuk mewujudkan potensi ini sepenuhnya, tantangan teknis yang signifikan harus diatasi, terutama dalam mengelola dan memanfaatkan spektrum yang tersedia secara efektif.
Kemajuan yang inovatif telah mengatasi tantangan ini: multiplekser (de)polarisasi terahertz terintegrasi ultra-lebar pertama yang direalisasikan pada platform silikon tanpa substrat.
Desain inovatif ini menargetkan pita J sub-terahertz (220-330 GHz) dan bertujuan untuk mentransformasi 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 pencapaian penting ini termasuk Profesor Withawat Withayachumnankul dari Sekolah 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 untuk ditransmisikan secara bersamaan dalam pita frekuensi yang sama, secara efektif menggandakan kapasitas data." Lebar pita relatif yang dicapai oleh perangkat ini belum pernah terjadi sebelumnya di rentang frekuensi mana pun, yang merupakan lompatan signifikan untuk multiplexer terintegrasi.
Multiplexer polarisasi sangat penting dalam komunikasi modern karena memungkinkan beberapa sinyal untuk berbagi pita frekuensi yang sama, sehingga secara signifikan meningkatkan kapasitas saluran.
Perangkat baru ini mencapai hal tersebut dengan memanfaatkan coupler arah berbentuk kerucut dan lapisan medium efektif anisotropik. Komponen-komponen ini meningkatkan bias polarisasi, menghasilkan rasio kepunahan polarisasi (PER) yang tinggi dan bandwidth yang lebar—karakteristik utama dari sistem komunikasi terahertz yang efisien.
Berbeda dengan desain tradisional yang bergantung pada pandu gelombang asimetris yang kompleks dan bergantung pada frekuensi, multiplekser baru ini menggunakan lapisan pelindung anisotropik dengan ketergantungan frekuensi yang sangat kecil. Pendekatan ini sepenuhnya memanfaatkan bandwidth yang luas yang disediakan oleh kopler kerucut.
Hasilnya adalah bandwidth fraksional mendekati 40%, PER rata-rata melebihi 20 dB, dan kerugian penyisipan minimum sekitar 1 dB. Metrik kinerja ini jauh melampaui desain optik dan gelombang mikro yang ada, yang seringkali memiliki bandwidth sempit dan kerugian tinggi.
Karya tim peneliti ini 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, realitas tertambah, dan jaringan seluler generasi berikutnya seperti 6G.
Solusi manajemen polarisasi terahertz tradisional, seperti transduser mode ortogonal (OMT) yang berbasis pada pandu gelombang logam persegi panjang, menghadapi keterbatasan yang signifikan. Pandu gelombang logam mengalami peningkatan kerugian ohmik pada frekuensi yang lebih tinggi, dan proses pembuatannya kompleks karena persyaratan geometris 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 seringkali memerlukan kompromi antara bandwidth, kekompakan, dan kompleksitas manufaktur.
Kopler arah banyak digunakan dalam sistem optik dan membutuhkan bias polarisasi yang kuat untuk mencapai ukuran yang kompak dan PER yang tinggi. Namun, kopler arah dibatasi oleh bandwidth yang sempit dan sensitivitas terhadap toleransi manufaktur.
Multiplexer baru ini menggabungkan keunggulan coupler arah kerucut dan pelapis medium efektif, mengatasi keterbatasan tersebut. Pelapis anisotropik menunjukkan bias ganda yang signifikan, memastikan PER tinggi di seluruh bandwidth yang lebar. Prinsip desain ini menandai perubahan dari metode tradisional, memberikan solusi yang terukur dan praktis untuk integrasi terahertz.
Validasi eksperimental multiplekser tersebut mengkonfirmasi 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 andal dan tangguh."
Potensi aplikasi teknologi ini meluas 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 memperkirakan teknologi terahertz ini akan diadopsi dan diintegrasikan secara luas di berbagai industri," kata Profesor Withayachumnankul.
Multiplexer ini juga dapat diintegrasikan secara mulus dengan perangkat beamforming sebelumnya yang dikembangkan oleh tim, memungkinkan fungsionalitas komunikasi tingkat lanjut pada platform terpadu. Kompatibilitas ini menyoroti fleksibilitas dan skalabilitas platform pandu gelombang dielektrik medium-clad yang efektif.
Temuan penelitian tim tersebut telah dipublikasikan di jurnal Laser & Photonic Reviews, yang menekankan signifikansinya dalam memajukan teknologi fotonik terahertz. Profesor Fujita berkomentar, "Dengan mengatasi hambatan teknis yang kritis, inovasi ini diharapkan dapat merangsang minat dan aktivitas penelitian di bidang ini."
Para peneliti memperkirakan bahwa karya 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 merupakan langkah maju yang signifikan dalam membuka potensi komunikasi terahertz. Ia menetapkan standar baru untuk perangkat terahertz terintegrasi dengan metrik kinerja yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Seiring dengan terus meningkatnya permintaan akan jaringan komunikasi berkecepatan tinggi dan berkapasitas besar, inovasi-inovasi seperti ini akan memainkan peran penting dalam membentuk masa depan teknologi nirkabel.
Waktu posting: 16 Desember 2024