Een off-the-wall nieuwe studie door Brown University-onderzoekers toont aan dat terahertz-frequentiegegevenslinks door een kamer kunnen stuiteren zonder al te veel gegevens te laten vallen. De resultaten zijn goed nieuws voor de haalbaarheid van toekomstige draadloze terahertz-datanetwerken, die het potentieel hebben om vele malen meer gegevens te vervoeren dan de huidige netwerken.

De huidige mobiele netwerken en Wi-Fi-systemen zijn afhankelijk van microgolfstraling om gegevens, maar de vraag naar meer en meer bandbreedte wordt snel groter dan microgolven aankunnen. Dat doet onderzoekers nadenken over het verzenden van gegevens over terahertz-golven met een hogere frequentie, die maar liefst 100 keer de gegevensdragende capaciteit van microgolven hebben. Maar de communicatietechnologie van terahertz staat nog in de kinderschoenen. Er moet nog veel fundamenteel onderzoek worden gedaan en er zijn veel uitdagingen die moeten worden overwonnen.

Bijvoorbeeld, er is aangenomen dat terahertz-verbindingen een directe zichtlijn tussen zender en ontvanger vereisen. In tegenstelling tot magnetrons, terahertz-golven worden volledig geblokkeerd door de meeste vaste objecten. En de veronderstelling was dat het niet mogelijk is om een ​​terahertz-straal rond te kaatsen - laten we zeggen, van een muur of twee - om een ​​duidelijk pad rond een object te vinden.

"Ik denk dat het redelijk is om te zeggen dat de meeste mensen in het terahertz-veld je zouden vertellen dat er te veel vermogensverlies zou zijn bij die bounces, en dus zullen niet-zichtbare verbindingen niet haalbaar zijn in terahertz, " zei Daniël Mittleman, een professor aan de Brown University's School of Engineering en senior auteur van het nieuwe onderzoek gepubliceerd in APL Fotonica . "Maar ons werk geeft aan dat het verlies in sommige gevallen eigenlijk best draaglijk is - een stuk minder dan veel mensen hadden gedacht."

Voor de studie, Mittleman en zijn collega's kaatsten terahertz-golven met vier verschillende frequenties op een verscheidenheid aan objecten - spiegels, metalen deuren, cinderblock-muren en andere - en maten de bit-error-rate van de gegevens op de golf na de bounces. Ze toonden aan dat acceptabele bit-error-rates haalbaar waren met een bescheiden toename van het signaalvermogen.

"De zorg was geweest dat om die bounces te maken en je gegevens niet te verliezen, je zou meer stroom nodig hebben dan haalbaar was om te genereren, "Zei Mittleman. "We laten zien dat je niet zoveel kracht nodig hebt als je zou denken, omdat het verlies op de bounce niet zo groot is als je zou denken."

In een experiment, de onderzoekers kaatsten een straal van twee muren, het mogelijk maken van een succesvolle koppeling wanneer zender en ontvanger om een ​​hoek van elkaar waren, zonder enige directe zichtlijn. Dat is een veelbelovende bevinding om het idee van terahertz lokale netwerken te ondersteunen.

"Je kunt je een draadloos netwerk voorstellen, "Mittleman legde uit, "waar iemands computer is aangesloten op een terahertz-router en er een directe zichtlijn is tussen de twee, maar dan loopt er iemand tussen en blokkeert de balk. Als u geen alternatief pad kunt vinden, die link wordt afgesloten. Wat we laten zien, is dat je de link misschien nog steeds kunt behouden door een nieuw pad te zoeken waarbij je ergens tegen een muur stuitert. Er zijn tegenwoordig technologieën die dat soort pad vinden voor lagere frequenties en er is geen reden waarom ze niet voor terahertz kunnen worden ontwikkeld."

De onderzoekers voerden ook verschillende buitenexperimenten uit op draadloze terahertz-verbindingen. Een door de FCC afgegeven experimentele vergunning maakt Brown de enige plaats in het land waar op deze frequenties legaal buitenonderzoek kan worden gedaan. Het werk is belangrijk omdat wetenschappers net de details beginnen te begrijpen van hoe terahertz-datalinks zich gedragen in de elementen, zegt Mittelman.

Hun onderzoek richtte zich op wat bekend staat als spiegelreflectie. Wanneer een signaal over lange afstanden wordt verzonden, de golven waaieren uit en vormen een steeds groter wordende kegel. Als gevolg van dat uitwaaieren, een deel zullen de golven van de grond afketsen voordat ze de ontvanger bereiken. Die gereflecteerde straling kan het hoofdsignaal verstoren, tenzij een decoder dit compenseert. Het is een goed begrepen fenomeen bij microgolftransmissie. Mittleman en zijn collega's wilden het karakteriseren in het terahertz-assortiment.

Ze toonden aan dat dit soort interferentie inderdaad optreedt in terahertz-golven, maar komt in mindere mate voor op gras dan op beton. Dat komt waarschijnlijk omdat gras veel water heeft, die de neiging heeft om terahertz-golven te absorberen. Dus over gras, de gereflecteerde bundel wordt in grotere mate geabsorbeerd dan beton, zodat er minder van over is om het grootlicht te verstoren. Dat betekent dat terahertz-verbindingen over gras langer kunnen zijn dan die over beton, omdat er minder interferentie is om mee om te gaan, zegt Mittelman.

Maar er is ook een voordeel aan dat soort interferentie met de grond.

"De spiegelreflectie vertegenwoordigt een ander mogelijk pad voor je signaal, "Zei Mittleman. "Je kunt je voorstellen dat als je line-of-site pad wordt geblokkeerd, je zou kunnen denken om het van de grond te laten stuiteren om daar te komen."

Mittleman zegt dat dit soort basisonderzoek naar de aard van terahertz-gegevensoverdracht van cruciaal belang is om te begrijpen hoe de netwerkarchitectuur voor toekomstige terahertz-gegevenssystemen moet worden ontworpen.