Nuova banda ultralarga 997GHzmodulatore elettro-ottico
Un nuovo modulatore elettro-ottico a banda ultralarga ha stabilito un record di larghezza di banda di 997 GHz
Di recente, un team di ricerca di Zurigo, in Svizzera, ha sviluppato con successo un modulatore elettro-ottico a banda ultralarga che opera a frequenze comprese tra 10 MHz e 1,14 THz, stabilendo un record di larghezza di banda di 3 dB a 997 GHz, il doppio del record attuale. Questa svolta è attribuita al design ottimizzato dei modulatori al plasma, aprendo un nuovo spazio per i futuri circuiti integrati fotonici (PIC) terahertz.
Attualmente, le comunicazioni wireless si basano principalmente su microonde e onde millimetriche, ma le risorse spettrali di queste bande di frequenza tendono a saturarsi. Sebbene la comunicazione ottica abbia un'ampia larghezza di banda, non può essere utilizzata direttamente per la trasmissione wireless nello spazio libero. Pertanto, la comunicazione THz è considerata il "ponte d'oro" che collega le reti wireless e in fibra ottica, fornendo una soluzione ideale per i sistemi di comunicazione 6G e a velocità più elevate. Il problema risiede nel fatto che le prestazioni dei modulatori elettro-ottici esistenti (comeModulatore LiNbO₃, InGaAs e materiali a base di silicio) nella banda di frequenza THz è tutt'altro che sufficiente. L'attenuazione del segnale è evidente. La larghezza di banda di lavoro è di soli 14 GHz circa e la frequenza portante massima è di soli 100 GHz, ben lontana dal soddisfare gli standard richiesti per le comunicazioni THz. In questo articolo, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo modulatore basato sul plasma, aumentando con successo la larghezza di banda di 3 dB a 997 GHz, il doppio del record attuale, come mostrato in Figura 1. Questa svolta non solo supera i limiti delle tecnologie tradizionali, ma apre anche la strada allo sviluppo futuro delle comunicazioni THz!
Figura 1 Modulatore elettro-ottico al plasma con larghezza di banda THz
La svolta fondamentale di questo nuovo tipo di modulatore risiede nell'alta tecnologia chiamata "effetto plasma". Immaginate che quando la luce colpisce la superficie di una nanostruttura metallica, entri in risonanza con gli elettroni del materiale: gli elettroni oscillano collettivamente, guidati dalla luce, formando un tipo speciale di onda. È proprio questa fluttuazione che permette...modulatoreper manipolare segnali ottici con un'efficienza estremamente elevata. I risultati sperimentali mostrano che il modulatore presenta buone caratteristiche di modulazione nell'intervallo da DC (corrente continua) a 1,14 THz e ha un guadagno stabile nella banda di frequenza da 500 GHz a 800 GHz.
Per studiare a fondo il meccanismo di funzionamento del modulatore, il team di ricerca ha costruito un modello dettagliato di circuito equivalente e ha analizzato l'influenza di diversi parametri strutturali sulle prestazioni del modulatore tramite simulazione. I risultati sperimentali sono in buon accordo con il modello teorico, verificando ulteriormente l'efficienza e la stabilità del modulatore. Inoltre, i ricercatori hanno proposto un piano di miglioramento. Si prevede che, grazie a una progettazione ottimizzata, la frequenza operativa di questo modulatore possa superare 1 THz in futuro e persino superare i 2 THz!
Questo studio dimostra il grande potenziale del plasmamodulatori elettro-otticinelle comunicazioni THz e nei circuiti integrati fotonici (PIC). Questo dispositivo, con le sue caratteristiche di banda ultralarga, elevata efficienza e integrabilità, offre una soluzione completamente nuova per la modulazione del segnale THz. In futuro, con l'ulteriore ottimizzazione della progettazione e dei processi produttivi dei dispositivi, si prevede che la frequenza operativa dei modulatori al plasma supererà i 2 THz, raggiungendo velocità di trasmissione dati più elevate e una copertura spettrale più ampia. L'avvento dell'era THz non solo significa una trasmissione dati più veloce e capacità di rilevamento più accurate, ma promuoverà anche la profonda integrazione di molteplici settori come la comunicazione wireless, l'informatica ottica e il rilevamento intelligente. L'innovazione dei modulatori elettro-ottici al plasma potrebbe diventare un passo fondamentale per lo sviluppo della tecnologia THz, gettando le basi per l'interconnessione ad alta velocità della futura società dell'informazione.
Data di pubblicazione: 09-06-2025