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Sep 23, 2023

La prima dimostrazione al mondo del segnale terahertz

National Institute of Information and Communications Technology (NICT) image:

Istituto Nazionale di Tecnologia dell'Informazione e della Comunicazione (NICT)

immagine: Figura 1 Concetto di relè trasparente e commutazione di segnali a onde terahertz utilizzando la conversione ottica terahertz diretta e il controllo della lunghezza d'onda ottica.vedere di più

Credito: Istituto nazionale di tecnologia dell'informazione e della comunicazione (NICT), Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., Nagoya Institute of Technology e Università di Waseda

- Il primo sistema al mondo per il relè trasparente, l'instradamento e la commutazione di segnali a onde terahertz ad alta capacità in diverse posizioni. - Il relè trasparente e la commutazione di segnali a onde terahertz nella banda di 285 GHz utilizzando la conversione terahertz-ottica diretta e la fibra –È stata dimostrata la tecnologia wireless, che raggiunge una capacità di 32 Gb/s.- Il sistema apre la strada all’implementazione della comunicazione terahertz oltre le reti 5G.

L'Istituto nazionale di tecnologia dell'informazione e della comunicazione (NICT, Presidente: TOKUDA ​​Hideyuki, Ph.D.), Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. (Presidente: MOROHASHI Hirotsune), Nagoya Institute of Technology (Presidente: Dr. KINOSHITA Takatoshi), e l'Università di Waseda (Presidente: TANAKA Aiji, Ph.D.) hanno sviluppato congiuntamente il primo sistema al mondo per il relè trasparente, l'instradamento e la commutazione di segnali di onde terahertz ad alta velocità in luoghi diversi. Sono stati dimostrati con successo la conversione diretta di un segnale a onde terahertz da 32 Gb/s nella banda di 285 GHz in una fibra ottica e il suo relè trasparente e la commutazione a diversi punti di accesso in periodi di tempo ultrabrevi.

Le tecnologie chiave includono un modulatore ottico a bassa perdita di nuova concezione per la conversione diretta dei segnali a onde terahertz in segnali ottici e una tecnologia adattiva in fibra ottica per la commutazione ultraveloce dei segnali terahertz. Il sistema sviluppato supera gli svantaggi delle comunicazioni radio nella banda terahertz, come l’elevata perdita di spazio libero, la debole penetrazione e la copertura di comunicazione limitata, aprendo la strada all’implementazione delle comunicazioni terahertz oltre le reti 5G e 6G.

I risultati di questa dimostrazione sono stati pubblicati come documento post-scadenza alla Conferenza internazionale sulle comunicazioni in fibra ottica del 2023 (OFC 2023) e presentati giovedì 9 marzo 2023 (ora locale).

Le frequenze radio nella banda dei terahertz sono candidati promettenti per comunicazioni a velocità di dati ultraelevata oltre le reti 5G e 6G. Recentemente è stato aperto uno slot da 160 GHz nella banda 275–450 GHz per i servizi mobili e fissi. Tuttavia, l’elevata perdita di spazio libero e la debole penetrazione rimangono dei colli di bottiglia, rendendo difficile la trasmissione dei segnali su lunghe distanze, ad esempio dall’esterno all’interno o in ambienti con ostacoli. Il relè trasparente e l'instradamento dei segnali terahertz tra luoghi diversi sono cruciali per superare questi svantaggi ed espandere la copertura della comunicazione. Tuttavia, queste funzioni non possono essere realizzate utilizzando le attuali tecnologie elettroniche. Inoltre, la ridotta larghezza del fascio dei segnali terahertz rende difficile ottenere una comunicazione ininterrotta quando gli utenti sono in movimento. La commutazione del segnale terahertz tra diverse direzioni e posizioni è fondamentale per mantenere la comunicazione con gli utenti finali. Tuttavia, questo problema critico non è stato ancora affrontato utilizzando tecnologie elettroniche o fotoniche. È inoltre importante attivare e disattivare l'emissione dei segnali terahertz a intervalli appropriati per risparmiare energia e ridurre le interferenze.

In questo studio, abbiamo dimostrato il primo sistema per il relè trasparente, l'instradamento e la commutazione dei segnali terahertz nella banda dei 285 GHz (vedere Figura 1) utilizzando due tecnologie chiave: (i) un modulatore ottico a bassa perdita di nuova concezione e ( ii) una tecnologia adattiva in fibra wireless che utilizza un laser ultraveloce sintonizzabile in lunghezza d'onda. Nel sistema, i segnali terahertz vengono ricevuti e convertiti direttamente in segnali ottici utilizzando dispositivi di conversione terahertz-ottico con modulatori ottici a bassa perdita. I segnali di onde luminose provenienti dai laser sintonizzabili vengono immessi nei modulatori e i router di lunghezza d'onda vengono utilizzati per instradare i segnali a diversi punti di accesso a cui vengono assegnate lunghezze d'onda specifiche. Nei punti di accesso, i segnali ottici modulati vengono riconvertiti in segnali terahertz utilizzando convertitori ottico-terahertz. I segnali Terahertz possono essere commutati su diversi punti di accesso cambiando le lunghezze d'onda dei laser sintonizzabili. I laser sintonizzabili possono essere controllati in modo indipendente e il numero di punti di accesso che possono generare simultaneamente segnali terahertz è pari al numero di laser sintonizzabili attivi. Utilizzando le tecnologie sviluppate in questo studio, abbiamo dimostrato con successo per la prima volta il relè trasparente e la commutazione dei segnali terahertz nella banda dei 285 GHz e abbiamo ottenuto una capacità di trasmissione di 32 Gb/s utilizzando una modulazione di ampiezza a 4 quadrature (QAM) ortogonale Segnale di multiplazione a divisione di frequenza (OFDM). È stata valutata la possibilità di commutare i segnali a onde terahertz in meno di 10 μs, confermando che è possibile ottenere una comunicazione ininterrotta nella banda terahertz.