你将学习:
- 在太赫兹波段实现光多路复用的挑战。
- 一种基于电光的新方法，使用硅制造创造了一个工作在350太赫兹的四通道多路复用器。
- 设备实现的测试结果，以及其他设计考虑事项。
由于太赫兹频段在高速、宽带通信方面的潜力(6G将是下一个…)，它有望带来多种好处，但系统设计者却因缺乏基本的电子构件元件，如放大器、开关和多路复用器/解复用器而受到阻碍。造成这种组件“间隙”的原因之一是这些太赫兹波(通常被认为是在100 GHz到10 THz之间，其波长在3毫米到30µm之间)处于介于数十千兆赫的传统射频频率和纳米波长的光学世界之间的具有挑战性的光谱区域。
对于那些正努力利用硅及其相关设计和简化技术到光学物理领域来提供有用的太赫兹范围器件的研究人员来说，这个器件的不足是众所周知的。为了解决一个组件的挑战，日本大阪大学和澳大利亚阿德莱德大学的一个联合研究团队开发了一种四通道多路复用器，支持48gb /s的数据流，调制中心为350太赫兹。他们使用硅作为基础材料和可用的制造技术。
这种新型多路复用器可以像计算机芯片一样批量生产，但要简单得多。因此大规模的市场渗透是可能的，”大阪大学的Nagatsuma教授说。
现有的太赫兹区域的多路复用器是基于“阵列光波导光栅”(AWG)，它使用一个介质板作为“自由传播区域”，几个波导连接以实现多路复用功能。这种拓扑结构的主要缺点是尺寸，因为从较短的光学系统到较长的太赫兹波长，尺寸是线性缩放的。一个基本的四通道300太赫兹AWG多路复用器需要大约25000厘米的非常可观的面积2在美国，即使是经过修改的最小版本，也需要占用占用空间的很大一部分。
一个典型的四通道光多路复用器可能跨越2000多个波长。来自大阪大学的丹尼尔·黑德兰博士是这项研究的主要作者。“我们的设备只有25个波长，可以将尺寸大幅缩小6000倍。”
Size-Shrinking方法
相反，研究人员采用了一种更复杂的方法，从太赫兹波可以从无包层的介质波导光隧道到相邻的硅板，形成频率扫描光束开始。如果平板和波导是弯曲的，以聚焦该光束，该光束可以被定位到特定的频带隔离。
研究人员利用了众所周知的光隧穿现象，但以一种全新的方式创造了无光栅的板内波束形成。这就产生了一种有效的4:1频分复用器，适用于300ghz频段，占地面积仅为4厘米2．
来自阿德莱德大学电气和电子工程学院的副教授Withawat Withayachumnankul指出:“我们开发的芯片的形状是组合和分裂通道的关键，这样可以更快地处理更多的数据。简单就是它的美。”
模拟的结构
他们的结构在概念上很简单，但执行起来很有挑战性，所以他们首先使用CST Studio Suite进行全波模拟，以模拟光隧穿过程，以验证缺陷的敏感性。硅波导通过狭窄的气隙与相邻的介质板隔开(图1)．硅厚度为200 μ m，波导宽度为160 μ m，分离度可调。(有趣的是，整个结构被空气包围，没有支撑基板。)
能量的传播使用波导的基本横电(TE)模式。在这种模式下，电场矢量平行于平板平面。在没有平板的情况下，所有的能量都将被限制在这种模式中，没有能量会流失到周围的空间中。
然而，平板与波导模式的倏逝场耦合，从而捕获一部分受限功率，然后转移到基TE0模式。当波在介质中传播时，在边界处发生全内反射，就会形成倏逝波或场(这也是使包层光纤有效传播光的同一现象)。
以这种方式，太赫兹波逐渐从波导泄漏到平板，这一过程被称为光隧穿(图2)．漏模的复传播常数描述了漏模的色散和漏模速率，这些参数对板内波束形成至关重要。通过沿隧穿波导长度调整间隔来设计板模光束的大小和分布。
艰巨的测试任务
测试和量化这个多路复用器的性能本身显然是一个主要的项目。研究人员首先使用模式发生器的伪随机比特序列，对具有非归零(NRZ)开关键控模式的双色红外激光束进行光学调制(图3)．他们把这个连接到多路复用器然后连接并捕获它的输出。采用基于肖特基势垒二极管(SBD)的太赫兹探测器对调制信号进行包络检测。
解调后的脉冲被放大、剪短并以经典眼图的形式显示，同时利用误码率测试仪实时定量测量信道质量。对于每个信道，选择中心频率作为载波，以1 Gbit/sec的增量扫频数据速率，并测量合成的误码率。每个通道支持几千兆比特每秒的数据速率。
支持该项目的复杂光学物理理论和分析，以及设备、实现和测试的更多细节都在他们深入易懂的九页论文中清楚地解释了。”太赫兹波无光栅集成隧道复用器”发表在视神经节来自美国光学协会。它还提供了额外的分析支持，包括效率、热稳定性和串扰——所有关键的性能属性——在10页的帖子中补充．
