Siliciummultiplexer -chip vil drive næste generations kommunikation

Forskere fra Osaka University, Japan og University of Adelaide, Australien har arbejdet sammen om at producere den nye multiplekser lavet af rent silicium til kommunikation i terahertz-området i 300 GHz-båndet.

"For at kontrollere den store spektrale båndbredde af terahertz-bølger, en multiplekser, som bruges til at opdele og forbinde signaler, er afgørende for at opdele oplysningerne i håndterbare bidder, der lettere kan behandles, og som derfor kan overføres hurtigere fra en enhed til en anden, " sagde lektor Withawat Withayachumnankul fra University of Adelaides School of Electrical and Electronic Engineering.

"Indtil nu er der ikke udviklet kompakte og praktiske multipleksere til terahertz-serien. De nye terahertz-multipleksere, som er økonomiske at fremstille, vil være yderst nyttig til trådløs ultrabredbåndskommunikation.

"Formen på de chips, vi har udviklet, er nøglen til at kombinere og opdele kanaler, så flere data kan behandles hurtigere. Enkelhed er dens skønhed."

Folk over hele verden bruger i stigende grad mobile enheder til at få adgang til internettet, og antallet af tilsluttede enheder multipliceres eksponentielt. Snart vil maskiner kommunikere med hinanden i tingenes internet, hvilket vil kræve endnu mere kraftfulde trådløse netværk, der kan overføre store mængder data hurtigt.

Terahertz-bølger er en del af det elektromagnetiske spektrum, der har en rå spektral båndbredde, der er langt bredere end konventionel trådløs kommunikation, som er baseret på mikrobølger. Holdet har udviklet ultrakompakte og effektive terahertz multipleksere, takket være en ny optisk tunnelproces.

"En typisk fire-kanals optisk multiplexer kan spænde over mere end 2000 bølgelængder. Dette ville være omkring to meter i længden i 300 GHz-båndet, " sagde Dr. Daniel Headland fra Osaka University, som er hovedforfatter af undersøgelsen.

"Vores enhed er blot 25 bølgelængder på tværs, som tilbyder dramatisk størrelsesreduktion med en faktor på 6000."

Den nye multiplexer dækker en spektral båndbredde, der er over 30 gange det samlede spektrum, der er allokeret i Japan til 4G/LTE, den hurtigste mobilteknologi til rådighed i øjeblikket og 5G, som er næste generation, kombineret. Da båndbredde er relateret til datahastighed, ultra-high-speed digital transmission er mulig med den nye multiplexer.

"Vores fire-kanals multiplexer kan potentielt understøtte en samlet datahastighed på 48 gigabit per sekund (Gbit/s), svarende til, at ukomprimeret 8K ultrahigh definition-video streames i realtid, " sagde lektor Masayuki Fujita, teamets leder fra Osaka University.

"For at gøre hele systemet bærbart, vi planlægger at integrere denne multiplexer med resonante tunneldioder for at give kompakte, multi-kanal terahertz transceivere."

Modulationsordningen, der blev anvendt i holdets undersøgelse, var ret grundlæggende; terahertz strøm blev simpelthen tændt og slukket for at overføre binære data. Mere avancerede teknikker er tilgængelige, der kan presse endnu højere datahastigheder mod 1 Terabit/s ind i en given båndbreddeallokering.

"Den nye multiplexer kan masseproduceres, ligesom computerchips, men meget enklere. Så storstilet markedspenetration er mulig, " sagde professor Tadao Nagatsuma fra Osaka University.

"Dette ville muliggøre applikationer i 6G og videre, samt tingenes internet, og lav sandsynlighed for at opfange kommunikation mellem kompakte fly såsom autonome droner. "

Dette studie, som er publiceret i tidsskriftet Optica .