Исследователи из Университета Брауна сделали важный шаг к решению одной из этих проблем. Они разработали то, что они считают первой системой мультиплексирования терагерцовых волн. Мультиплексоры — это устройства, которые позволяют отдельным потокам данных перемещаться через одну среду. Это технология, которая позволяет по одному кабелю передавать несколько телеканалов или по оптоволоконной линии одновременно передавать тысячи телефонных звонков.
«Любое приложение для терагерцовой связи потребует некоторой формы мультиплексирования и демультиплексирования, — сказал Дэниел Миттлман, профессор инженерных наук Брауна и старший автор статьи, описывающей новое устройство. «Насколько нам известно, это первый раз, когда кто-либо продемонстрировал жизнеспособную стратегию мультиплексирования в терагерцовом диапазоне».Исследование было опубликовано 14 сентября в журнале Nature Photonics.
Сегодняшние сотовые сети и сети Wi-Fi полагаются на микроволновые печи для передачи голосовых разговоров и данных. Но растущие требования к передаче данных быстро становятся больше, чем могут справиться микроволновые печи. Волны терагерцового диапазона имеют гораздо более высокую частоту и, следовательно, большую потенциальную полосу пропускания.
Однако ученые и инженеры только недавно начали исследовать потенциал терагерцовых волн. В результате многие компоненты терагерцовой беспроводной сети, включая мультиплексоры, еще не разработаны.Мультиплексор, над которым работали Миттлман и его коллеги, использует так называемую антенну излучающей волны. В этом случае антенна состоит из двух металлических пластин, расположенных параллельно и образующих волновод.
Одна из пластин имеет небольшую прорезь. Когда терагерцовые волны распространяются по волноводу, часть излучения выходит из щели.
Оказывается, терагерцовые волны выходят под разными углами в зависимости от их частоты.«Это означает, что если вы поместите 10 разных частот между пластинами — каждая из них потенциально несет уникальный поток данных — они выйдут под 10 разными углами», — сказал Миттлман. «Теперь вы разделили их, и это демультиплексирование».С другой стороны, приемник мог быть настроен на прием излучения под определенным углом, таким образом получая данные только из одного потока.«Мы считаем, что это определенно разумное решение для удовлетворения потребностей сети связи терагерцового диапазона», — сказал Николас Карл, аспирант Брауна и ведущий автор статьи.
Карл проводил эксперименты над устройством вместе с аспирантом Робертом МакКинни. Другими авторами исследования являются Раджинд Мендис, профессор-исследователь из Брауна, и Ясуаки Моннаи из Университета Кейо в Токио.
По словам исследователей, одним из преимуществ этого подхода является то, что, регулируя расстояние между пластинами, можно регулировать полосу частот спектра, которая может быть выделена для каждого канала. Это может быть особенно полезно, когда такое устройство развернуто для использования в сети передачи данных.
«Например, если одному пользователю внезапно требуется тонна полосы пропускания, вы можете взять ее у других в сети, которым не так много нужно, просто изменив расстояние между пластинами в нужном месте», — сказал Миттлман.Группа планирует продолжить работу по доработке устройства. Исследовательская группа из Университета Осаки сотрудничает с группой Миттлмана, чтобы внедрить устройство в прототип терагерцовой сети, которую они строят.«Это испытательное устройство первого поколения, — сказал Карл. «Есть еще кое-что, что мы можем сделать, чтобы улучшить его, и мы продолжим его изучать».
Миттлман надеется, что эта работа побудит других исследователей начать разработку компонентов для терагерцовых сетей.«Самое большое влияние это может иметь то, что это может быть просто толчком, который нужно людям, чтобы начать думать об этой проблеме», — сказал Миттлман. «Это означает, что они начнут придумывать умные идеи, которые полностью отличаются от этой».