Onderzoekers over de hele wereld werken aan methoden om gegevens over te dragen in het terahertz (THz) bereik, waardoor informatie sneller zou kunnen worden verzonden en ontvangen dan met de huidige technologie. Maar het is veel moeilijker om gegevens in het THz-bereik te coderen dan in het GHz-bereik dat momenteel door 5G-technologie wordt gebruikt. Een groep wetenschappers van de ITMO University heeft de mogelijkheid aangetoond om terahertz-pulsen aan te passen om ze te gebruiken voor datatransmissie. Ze hebben hun resultaten gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Telecommunicatiebedrijven in geavanceerde economieën beginnen de nieuwe 5G-standaard over te nemen, die voorheen onmogelijke draadloze gegevensoverdrachtsnelheden zal bieden. In de tussentijd, terwijl bedrijven deze nieuwe generatie datanetwerken uitrollen, wetenschappers werken al aan zijn opvolger. "We hebben het over 6G-technologieën, " zegt Egor Oparin, een staflid van ITMO University's Laboratory of Femtosecond Optics and Femtotechnologies. "Ze zullen de gegevensoverdrachtsnelheden met 100 tot 1 verhogen. 000 keer, maar om ze te implementeren, moeten we overschakelen naar het terahertz-assortiment."

Vandaag, een technologie voor gelijktijdige overdracht van meerdere datakanalen over een enkel fysiek kanaal is met succes geïmplementeerd in het infrarood (IR) bereik. Deze technologie is gebaseerd op de interactie tussen twee breedband IR-pulsen met een bandbreedte gemeten in tientallen nanometers. In het terahertz-bereik, de bandbreedte van dergelijke pulsen zou veel groter zijn - en dus beurtelings, zou hun capaciteit voor gegevensoverdracht zijn.

Maar wetenschappers en ingenieurs zullen oplossingen moeten vinden voor tal van cruciale problemen. Eén zo'n probleem heeft te maken met het waarborgen van de interferentie van twee pulsen, wat zou resulteren in een zogenaamde pulstrein, of frequentiekam, gebruikt om gegevens te coderen.

"In het terahertz-bereik, pulsen hebben de neiging om een ​​klein aantal veldoscillaties te bevatten; letterlijk een of twee per puls, " zegt Egor Oparin. "Ze zijn erg kort en zien eruit als dunne pieken op een grafiek. Het is nogal een uitdaging om interferentie tussen dergelijke pulsen te bereiken, omdat ze moeilijk te overlappen zijn."

Een team van wetenschappers van de ITMO University heeft voorgesteld de puls in de tijd te verlengen, zodat deze meerdere keren langer zou duren, maar nog steeds in picoseconden zou worden gemeten. In dit geval, de frequenties binnen een puls zouden niet gelijktijdig optreden, maar volgen elkaar op. In wetenschappelijke termen, dit wordt tsjilpen genoemd, of lineaire frequentiemodulatie. Echter, dit vormt een andere uitdaging:hoewel chirping-technologieën vrij goed ontwikkeld zijn in het infraroodbereik, er is een gebrek aan onderzoek naar het gebruik van de techniek in het terahertz-bereik.

"We zijn overgestapt op de technologieën die worden gebruikt in het microgolfbereik, " zegt Egor Oparin, wie is een co-auteur van het papier.

"Ze maken actief gebruik van metalen golfgeleiders, die de neiging hebben om een ​​hoge dispersie te hebben, wat betekent dat verschillende emissiefrequenties zich daar met verschillende snelheden voortplanten. Maar in het magnetronbereik, deze golfgeleiders worden gebruikt in enkele modus, of, anders gezegd, het veld is verdeeld in één configuratie, een specifiek, smalle frequentieband, en in de regel op één golflengte. We namen een vergelijkbare golfgeleider met een grootte die geschikt was voor het terahertz-bereik en voerden er een breedbandsignaal doorheen zodat het zich in verschillende configuraties zou voortplanten. Daarom, de pols werd langer, veranderen van twee naar ongeveer zeven picoseconden, dat is drie en een half keer meer. Dit werd onze oplossing."

Door een golfgeleider te gebruiken, onderzoekers hebben de lengte van de pulsen kunnen vergroten tot een duur die theoretisch noodzakelijk is. Dit maakte het mogelijk om interferentie te bereiken tussen twee getjilpte pulsen die samen een pulstrein vormen. "Het mooie van deze pulstrein is dat hij een afhankelijkheid vertoont tussen de structuur van een puls in de tijd en het spectrum, "zegt Oparin. "Dus we hebben een tijdelijke vorm, of eenvoudig gezegd, veldoscillaties in de tijd, en spectrale vorm, die die oscillaties in het frequentiedomein vertegenwoordigt. Laten we zeggen dat we drie pieken hebben, drie substructuren in de tijdelijke vorm, en drie overeenkomstige substructuren in de spectrale vorm. Door een speciaal filter te gebruiken om delen van de spectrale vorm te verwijderen, we kunnen 'knipperen' in de tijdelijke vorm en andersom. Dit zou de basis kunnen zijn voor gegevenscodering in de terahertz-band."