Novo modulador eletro-óptico de banda ultralarga de 997 GHz

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, 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. Esse avanço é atribuído ao design otimizado dos moduladores de plasma, abrindo um novo espaço para futuros circuitos integrados fotônicos (PICs) de terahertz.

Atualmente, a comunicação sem fio depende principalmente de micro-ondas e ondas milimétricas, mas os recursos espectrais dessas faixas de frequência tendem a estar saturados. Embora a comunicação óptica tenha uma grande largura de banda, ela não pode ser usada diretamente para transmissão sem fio no espaço livre. Portanto, a comunicação em THz é considerada a "ponte de ouro" que conecta redes sem fio e de fibra óptica, fornecendo uma solução ideal para sistemas de comunicação 6G e de taxa superior. O problema reside no desempenho dos moduladores eletro-ópticos existentes (comoModulador LiNbO₃, InGaAs e materiais à base de silício) na faixa de frequência de THz está longe de ser suficiente. A atenuação do sinal é óbvia. A largura de banda de trabalho 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, como mostrado na Figura 1. Este avanço não apenas quebra 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 THz

O principal avanço deste novo tipo de modulador reside na alta tecnologia chamada “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 permite amoduladorpara manipular sinais ópticos com altíssima eficiência. Os resultados experimentais mostram que o modulador apresenta boas características de modulação na faixa de CC (corrente contínua) a 1,14 THz e possui ganho estável na faixa de frequência de 500 GHz a 800 GHz.

Para estudar profundamente o mecanismo de funcionamento do modulador, a equipe de pesquisa construiu um modelo detalhado de circuito equivalente 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, comprovando ainda mais a eficiência e a estabilidade do modulador. Além disso, os pesquisadores propuseram um plano de melhoria. Espera-se que, com um projeto otimizado, a frequência de operação deste modulador possa exceder 1 THz no futuro, chegando até mesmo a ultrapassar 2 THz!

Este estudo demonstra o grande potencial do plasmamoduladores eletro-ópticosem comunicação THz e circuitos integrados fotônicos (PICs). Este dispositivo, com suas características de banda ultralarga, alta eficiência e integrabilidade, fornece uma solução totalmente nova para modulação de sinal THz. No futuro, com a otimização adicional do projeto do dispositivo e dos processos de fabricação, espera-se que a frequência operacional dos moduladores de plasma exceda 2 THz, alcançando taxas de dados mais altas e cobertura de espectro mais ampla. O advento da era THz não significa apenas transmissão de dados mais rápida e capacidades de detecção 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 no desenvolvimento da tecnologia THz, fornecendo uma base para a interconexão de alta velocidade da futura sociedade da informação.