Nova banda ultralarga de 997 GHzmodulador eletro-óptico
Um novo modulador eletro-óptico de banda ultralarga estabeleceu um recorde de largura de banda de 997 GHz.
Recentemente, uma equipe de pesquisa em Zurique, na Suíça, desenvolveu com sucesso um modulador eletro-óptico de banda ultralarga que opera em frequências que variam de 10 MHz a 1,14 THz, estabelecendo um recorde de largura de banda de 3 dB em 997 GHz, o dobro do recorde atual. Essa inovação é atribuída ao projeto otimizado de moduladores de plasma, abrindo um novo campo para futuros circuitos integrados fotônicos (PICs) de terahertz.
Atualmente, a comunicação sem fio depende principalmente de micro-ondas e ondas milimétricas, mas os recursos de espectro dessas faixas de frequência tendem à saturação. Embora a comunicação óptica possua uma grande largura de banda, ela não pode ser usada diretamente para transmissão sem fio no espaço livre. Portanto, a comunicação em terahertz (THz) é considerada a "ponte dourada" que conecta redes sem fio e de fibra óptica, oferecendo uma solução ideal para sistemas de comunicação 6G e de taxas mais altas. O problema reside no desempenho dos moduladores eletro-ópticos existentes (como os de THz)modulador LiNbO₃A utilização de moduladores baseados em plasma (como InGaAs e materiais à base de silício) na faixa de frequência de THz é insuficiente. A atenuação do sinal é evidente. A largura de banda operacional é de apenas cerca de 14 GHz e a frequência portadora máxima é de apenas 100 GHz, o que está longe de atender aos padrões exigidos para comunicação em THz. Neste artigo, pesquisadores desenvolveram um novo modulador baseado em plasma, aumentando com sucesso a largura de banda de 3 dB para 997 GHz, o dobro do recorde atual, conforme mostrado na Figura 1. Essa inovação não apenas supera as limitações das tecnologias tradicionais, mas também amplia o caminho para o desenvolvimento futuro da comunicação em THz!
Figura 1. Modulador eletro-óptico de plasma com largura de banda de THz.
A principal inovação deste novo tipo de modulador reside na alta tecnologia denominada "efeito plasma". Imagine que, quando a luz incide sobre a superfície de uma nanoestrutura metálica, ela ressoa com os elétrons do material – os elétrons oscilam coletivamente impulsionados pela luz, formando um tipo especial de onda. É precisamente essa flutuação que possibilita a...moduladorpara manipular sinais ópticos com altíssima eficiência. Os resultados experimentais mostram que o modulador apresenta boas características de modulação na faixa de corrente contínua (CC) a 1,14 THz e possui ganho estável na faixa de frequência de 500 GHz a 800 GHz.
Para estudar em profundidade o mecanismo de funcionamento do modulador, a equipe de pesquisa construiu um modelo de circuito equivalente detalhado e analisou a influência de diferentes parâmetros estruturais no desempenho do modulador por meio de simulação. Os resultados experimentais estão em boa concordância com o modelo teórico, verificando ainda mais a eficiência e a estabilidade do modulador. Além disso, os pesquisadores propuseram um plano de melhoria. Espera-se que, por meio de um projeto otimizado, a frequência de operação deste modulador possa ultrapassar 1 THz no futuro, e até mesmo atingir mais de 2 THz!
Este estudo demonstra o grande potencial do plasma.moduladores eletro-ópticosem comunicação em THz e circuitos integrados fotônicos (PICs). Este dispositivo, com suas características de banda ultralarga, alta eficiência e integrabilidade, oferece uma solução inovadora para a modulação de sinais em THz. No futuro, com a otimização do projeto e dos processos de fabricação, espera-se que a frequência de operação dos moduladores de plasma ultrapasse 2 THz, alcançando taxas de dados mais altas e uma cobertura espectral mais ampla. O advento da era THz não significa apenas transmissão de dados mais rápida e capacidades de sensoriamento mais precisas, mas também promoverá a integração profunda de múltiplos campos, como comunicação sem fio, computação óptica e detecção inteligente. O avanço dos moduladores eletro-ópticos de plasma pode se tornar um passo fundamental para o desenvolvimento da tecnologia THz, fornecendo a base para a interconexão de alta velocidade da futura sociedade da informação.
Data da publicação: 09/06/2025