Un nouveau type de multiplexeur térahertz a doublé la capacité de données et amélioré considérablement la communication 6G avec une bande passante sans précédent et une faible perte de données.
Les chercheurs ont introduit un multiplexeur térahertz à très large bande qui double la capacité de données et apporte des avancées révolutionnaires à la 6G et au-delà. (Source de l'image : Getty Images)
La communication sans fil de nouvelle génération, représentée par la technologie térahertz, promet de révolutionner la transmission de données.
Ces systèmes fonctionnent à des fréquences térahertz, offrant une bande passante inégalée pour une transmission de données et une communication ultra-rapides. Cependant, pour réaliser pleinement ce potentiel, d'importants défis techniques doivent être surmontés, notamment en matière de gestion et d'utilisation efficace du spectre disponible.
Une avancée révolutionnaire a permis de relever ce défi : le premier (dé)multiplexeur de polarisation térahertz intégré à bande ultra large réalisé sur une plate-forme de silicium sans substrat.
Cette conception innovante cible la bande J subtérahertz (220-330 GHz) et vise à transformer la communication pour la 6G et au-delà. L'appareil double efficacement la capacité de données tout en maintenant un faible taux de perte de données, ouvrant ainsi la voie à des réseaux sans fil à haut débit efficaces et fiables.
L'équipe à l'origine de cette étape importante comprend le professeur Withawat Withayachumnankul de l'école de génie électrique et mécanique de l'université d'Adélaïde, le Dr Weijie Gao, aujourd'hui chercheur postdoctoral à l'université d'Osaka, et le professeur Masayuki Fujita.
Le professeur Withayachumnankul a déclaré : « Le multiplexeur de polarisation proposé permet de transmettre simultanément plusieurs flux de données dans la même bande de fréquences, doublant ainsi la capacité de données. » La bande passante relative atteinte par le dispositif est sans précédent sur n'importe quelle gamme de fréquences, ce qui représente un progrès significatif pour les multiplexeurs intégrés.
Les multiplexeurs de polarisation sont essentiels dans les communications modernes car ils permettent à plusieurs signaux de partager la même bande de fréquences, améliorant ainsi considérablement la capacité des canaux.
Le nouveau dispositif y parvient en utilisant des coupleurs directionnels coniques et un revêtement moyen efficace anisotrope. Ces composants améliorent la biréfringence de polarisation, ce qui se traduit par un taux d'extinction de polarisation (PER) élevé et une large bande passante, caractéristiques clés des systèmes de communication térahertz efficaces.
Contrairement aux conceptions traditionnelles qui reposent sur des guides d'ondes asymétriques complexes et dépendants de la fréquence, le nouveau multiplexeur utilise une gaine anisotrope avec une légère dépendance en fréquence. Cette approche exploite pleinement la large bande passante fournie par les coupleurs coniques.
Le résultat est une bande passante fractionnaire proche de 40 %, un PER moyen supérieur à 20 dB et une perte d'insertion minimale d'environ 1 dB. Ces mesures de performances dépassent de loin celles des conceptions optiques et hyperfréquences existantes, qui souffrent souvent d'une bande passante étroite et de pertes élevées.
Les travaux de l'équipe de recherche améliorent non seulement l'efficacité des systèmes térahertz, mais jettent également les bases d'une nouvelle ère de communication sans fil. Le Dr Gao a noté : « Cette innovation est un moteur clé pour libérer le potentiel de la communication térahertz. » Les applications incluent le streaming vidéo haute définition, la réalité augmentée et les réseaux mobiles de nouvelle génération comme la 6G.
Les solutions traditionnelles de gestion de la polarisation térahertz, telles que les transducteurs en mode orthogonal (OMT) basés sur des guides d'ondes métalliques rectangulaires, sont confrontées à des limites importantes. Les guides d'ondes métalliques subissent des pertes ohmiques accrues à des fréquences plus élevées et leurs processus de fabrication sont complexes en raison d'exigences géométriques strictes.
Les multiplexeurs de polarisation optique, y compris ceux utilisant des interféromètres Mach-Zehnder ou des cristaux photoniques, offrent une meilleure intégrabilité et des pertes moindres, mais nécessitent souvent des compromis entre bande passante, compacité et complexité de fabrication.
Les coupleurs directionnels sont largement utilisés dans les systèmes optiques et nécessitent une forte biréfringence de polarisation pour obtenir une taille compacte et un PER élevé. Cependant, ils sont limités par une bande passante étroite et une sensibilité aux tolérances de fabrication.
Le nouveau multiplexeur combine les avantages des coupleurs directionnels coniques et d'un revêtement moyen efficace, surmontant ces limitations. La gaine anisotrope présente une biréfringence significative, garantissant un PER élevé sur une large bande passante. Ce principe de conception marque une rupture avec les méthodes traditionnelles, offrant une solution évolutive et pratique pour l'intégration térahertz.
La validation expérimentale du multiplexeur a confirmé ses performances exceptionnelles. L'appareil fonctionne efficacement dans la plage 225-330 GHz, atteignant une bande passante fractionnée de 37,8 % tout en maintenant un PER supérieur à 20 dB. Sa taille compacte et sa compatibilité avec les processus de fabrication standards le rendent adapté à la production de masse.
Le Dr Gao a fait remarquer : « Cette innovation améliore non seulement l'efficacité des systèmes de communication térahertz, mais ouvre également la voie à des réseaux sans fil à haut débit plus puissants et plus fiables. »
Les applications potentielles de cette technologie s’étendent au-delà des systèmes de communication. En améliorant l'utilisation du spectre, le multiplexeur peut générer des progrès dans des domaines tels que le radar, l'imagerie et l'Internet des objets. "D'ici une décennie, nous espérons que ces technologies térahertz seront largement adoptées et intégrées dans diverses industries", a déclaré le professeur Withayachumnankul.
Le multiplexeur peut également être intégré de manière transparente aux dispositifs de formation de faisceaux antérieurs développés par l'équipe, permettant ainsi des fonctionnalités de communication avancées sur une plate-forme unifiée. Cette compatibilité met en évidence la polyvalence et l’évolutivité de la plate-forme efficace de guide d’ondes diélectrique à gaine moyenne.
Les résultats de la recherche de l’équipe ont été publiés dans la revue Laser & Photonic Reviews, soulignant leur importance dans l’avancement de la technologie photonique térahertz. Le professeur Fujita a fait remarquer : « En surmontant les obstacles techniques critiques, cette innovation devrait stimuler l'intérêt et l'activité de recherche dans ce domaine. »
Les chercheurs prévoient que leurs travaux inspireront de nouvelles applications et de nouvelles améliorations technologiques dans les années à venir, aboutissant finalement à des prototypes et des produits commerciaux.
Ce multiplexeur représente une avancée significative dans la libération du potentiel de la communication térahertz. Il établit une nouvelle norme pour les appareils térahertz intégrés avec ses mesures de performances sans précédent.
Alors que la demande en réseaux de communication à haut débit et à haute capacité continue de croître, ces innovations joueront un rôle crucial dans l’avenir de la technologie sans fil.
Heure de publication : 16 décembre 2024