未來無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)必須達到更高傳輸速率和更短的延遲，同時提供越來越多的終端設(shè)備。為此目的，需要由許多小型無線電單元組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。要連接這些將需要高性能的傳輸線在高頻高達太赫茲范圍。

此外，如果可能，必須確保與玻璃纖維網(wǎng)絡(luò)的無縫連接?？査刽敹蚶砉W(xué)院(KIT)研究人員使用超高速電光調(diào)制器將太赫茲數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號，其研究發(fā)表在《自然光子學(xué)》上。雖然新的5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)仍在測試中，但研究人員已經(jīng)在研究下一代無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

隨著人工智能的集成，“6G”將達到更高的傳輸速率、更短延遲和更高的設(shè)備密度。在邁向第六代蜂窩網(wǎng)絡(luò)的道路上，對單個組件及其相互作用都有許多挑戰(zhàn)需要克服。未來無線網(wǎng)絡(luò)將由許多小型無線電單元組成，以快速有效地傳輸大量數(shù)據(jù)。這些單元將由傳輸線連接，每條傳輸線每秒可以處理數(shù)十甚至數(shù)百千兆比特的數(shù)據(jù)。所需頻率在太赫茲范圍內(nèi)，即電磁頻譜中微波和紅外輻射之間。此外，無線傳輸路徑必須無縫連接到玻璃纖維網(wǎng)絡(luò)。這樣，兩種技術(shù)的優(yōu)勢，即高容量和可靠性，以及機動性和靈活性，將被結(jié)合起來。

基特光子學(xué)和量子電子研究所(IPQ)、微結(jié)構(gòu)技術(shù)(IMT)、射頻工程與電子研究所(IHE)和弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所(IAF)的科學(xué)家們現(xiàn)在開發(fā)了一種很有前途的方法，來轉(zhuǎn)換太赫茲和光域之間的數(shù)據(jù)流。研究使用超高速電光調(diào)制器將太赫茲數(shù)據(jù)信號直接轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號，并將接收天線直接與玻璃纖維耦合。在實驗中，科學(xué)家們選擇了一個約0.29 THz的載波頻率，達到了50 Gbit/s的傳輸速率。IPQ主管、IMT董事會成員克里斯蒂安?庫斯教授表示：這種調(diào)制器基于等離子體納米結(jié)構(gòu)，帶寬超過0.36 THz。

研究結(jié)果揭示了納米光子元件在超快速信號處理方面的巨大潛力。研究人員展示的這一概念將大大降低未來無線基站的技術(shù)復(fù)雜性，并使太赫茲連接具有極高的數(shù)據(jù)速率——每秒幾百吉比特是可行的。未來無線通信網(wǎng)絡(luò)將需要處理每條鏈路的數(shù)據(jù)速率為數(shù)十甚至數(shù)百Gbit s - 1，需要未分配的THz頻譜中的載波頻率。在這種情況下，將THz鏈路無縫地集成到現(xiàn)有光纖基礎(chǔ)設(shè)施中，對于補充無線網(wǎng)絡(luò)固有的可移植性和靈活性優(yōu)勢。以及可靠且?guī)缀鯚o限容量的光傳輸系統(tǒng)，具有非常重要的意義。

在技術(shù)層面，這需要新的設(shè)備和信號處理概念，以直接轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)流之間的THz和光域。新研究演示了一個THz鏈路，該鏈路使用無線接收器上的直接THz到光(T/O)轉(zhuǎn)換無縫集成到光纖網(wǎng)絡(luò)中。研究開發(fā)了一種超寬帶硅等離子體調(diào)制器，該調(diào)制器具有超過0.36 THz的3 dB帶寬，用于在0.2885 THz載波上通過16米長的無線鏈路傳輸50 Gbit s?1數(shù)據(jù)流的T/O轉(zhuǎn)換。無線發(fā)射機的光到thz (O/T)轉(zhuǎn)換依賴于單載波光電二極管中的光電化。

博科園｜研究/來自：卡爾斯魯厄理工學(xué)院

參考期刊《自然光子學(xué)》

DOI: 10.1038/s41566-019-0475-6

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普