Primeira demonstração do sinal de terahertz no mundo

Instituto Nacional de Tecnologia da Informação e Comunicação (NICT)

imagem: Figura 1 Conceito de relé transparente e comutação de sinais de onda terahertz usando conversão óptica direta terahertz e controle óptico de comprimento de onda.Veja mais

Crédito: Instituto Nacional de Tecnologia da Informação e Comunicação (NICT), Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd., Instituto de Tecnologia de Nagoya e Universidade de Waseda

- O primeiro sistema do mundo para retransmissão transparente, roteamento e comutação de sinais de ondas terahertz de alta capacidade para diferentes locais. – foi demonstrada a tecnologia wireless, alcançando uma capacidade de 32 Gb/s.- O sistema abre caminho para a implantação da comunicação terahertz além das redes 5G.

O Instituto Nacional de Tecnologia da Informação e Comunicação (NICT, Presidente: TOKUDA ​​Hideyuki, Ph.D.), Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. (Presidente: MOROHASHI Hirotsune), Instituto de Tecnologia de Nagoya (Presidente: Dr. KINOSHITA Takatoshi), e a Waseda University (presidente: TANAKA Aiji, Ph.D.) desenvolveram em conjunto o primeiro sistema do mundo para retransmissão transparente, roteamento e comutação de sinais de onda terahertz de alta velocidade para diferentes locais. A conversão direta de um sinal de onda terahertz de 32 Gb/s na banda de 285 GHz para uma fibra óptica e seu relé transparente e comutação para diferentes pontos de acesso em períodos de tempo ultracurtos foram demonstrados com sucesso.

As principais tecnologias incluem um modulador óptico de baixa perda recém-desenvolvido para a conversão direta de sinais de onda terahertz em sinais ópticos e uma tecnologia sem fio de fibra adaptável para comutação ultrarrápida de sinais terahertz. O sistema desenvolvido supera as desvantagens das comunicações de rádio na banda terahertz, como alta perda de espaço livre, penetração fraca e cobertura de comunicação limitada, abrindo caminho para a implantação de comunicações terahertz além das redes 5G e 6G.

Os resultados desta demonstração foram publicados como um documento pós-prazo na Conferência Internacional de Comunicações de Fibra Óptica de 2023 (OFC 2023) e foram apresentados na quinta-feira, 9 de março de 2023 (horário local).

As frequências de rádio na banda de terahertz são candidatos promissores para comunicações com taxas de dados ultra-altas além das redes 5G e 6G. Um slot de 160 GHz na banda de 275–450 GHz foi aberto recentemente para serviços móveis e fixos. No entanto, a alta perda de espaço livre e a fraca penetração permanecem como gargalos, dificultando a transmissão de sinais em longas distâncias, como de fora para dentro ou em ambientes com obstáculos. O relé transparente e o roteamento de sinais terahertz entre locais diferentes são cruciais para superar essas desvantagens e expandir a cobertura de comunicação. No entanto, essas funções não podem ser realizadas usando tecnologias eletrônicas atuais. Além disso, a largura de feixe estreita dos sinais de terahertz dificulta a comunicação ininterrupta quando os usuários estão em movimento. A comutação do sinal Terahertz entre diferentes direções e locais é crucial para manter a comunicação com os usuários finais. No entanto, esta questão crítica ainda não foi abordada usando tecnologias eletrônicas ou fotônicas. Também é importante ligar e desligar a emissão de sinais terahertz em intervalos apropriados para economizar energia e reduzir interferências.

Neste estudo, demonstramos o primeiro sistema para retransmissão transparente, roteamento e comutação de sinais de terahertz na banda de 285 GHz (consulte a Figura 1) utilizando duas tecnologias principais: (i) um modulador óptico de baixa perda recém-desenvolvido e ( ii) uma tecnologia adaptativa de fibra sem fio usando um laser ultrarrápido de comprimento de onda ajustável. No sistema, os sinais terahertz são recebidos e convertidos diretamente em sinais ópticos usando dispositivos de conversão óptica terahertz com moduladores ópticos de baixa perda. Sinais de ondas de luz de lasers sintonizáveis ​​são inseridos nos moduladores, e roteadores de comprimento de onda são usados ​​para rotear os sinais para diferentes pontos de acesso onde comprimentos de onda específicos são atribuídos. Nos pontos de acesso, os sinais ópticos modulados são convertidos de volta em sinais terahertz usando conversores óptico-terahertz. Os sinais Terahertz podem ser comutados para diferentes pontos de acesso, comutando os comprimentos de onda dos lasers sintonizáveis. Os lasers sintonizáveis ​​podem ser controlados independentemente, e o número de pontos de acesso que podem gerar simultaneamente sinais de terahertz é igual ao número de lasers sintonizáveis ​​ativos. Usando as tecnologias desenvolvidas neste estudo, demonstramos com sucesso o relé transparente e a comutação de sinais de terahertz na banda de 285 GHz pela primeira vez e alcançamos uma capacidade de transmissão de 32 Gb/s usando uma modulação de amplitude de 4 quadraturas (QAM) ortogonal sinal de multiplexação por divisão de frequência (OFDM). A possibilidade de comutar os sinais de onda terahertz em menos de 10 μs foi avaliada, confirmando que a comunicação ininterrupta pode ser alcançada na banda terahertz.