6G通信，迎来新突破！

（原标题：6G通信，迎来新突破！）

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新型太赫兹多路复用器使数据容量加倍，并以前所未有的带宽和低数据丢失增强了 6G 通信。

研究人员推出了一种超宽带太赫兹多路复用器，使数据容量翻倍，并为 6G 及以后的通信带来革命性进步。（图片来源：Getty Images）

以太赫兹技术为代表的下一代无线通信将为数据传输带来革命性的进步。

这些系统以太赫兹频率运行，提供前所未有的带宽，实现超高速数据传输和通信。然而，要发挥这一潜力，需要克服重大的技术挑战，特别是在管理和有效利用可用频谱方面。

一项突破性的进展解决了这一挑战：第一个在无基板硅平台上实现的超宽带集成太赫兹偏振（解）复用器。

这项创新设计用于亚太赫兹 J 波段 (220-330 GHz)，旨在改变 6G 及以后的通信。该设备可以有效地使数据容量翻倍，同时保持较低的数据丢失率，为高效可靠的高速无线网络铺平道路。

所提出的全硅太赫兹集成偏振复用器的操作示意图。（图片来源：Weijie Gao）

这一里程碑背后的团队包括阿德莱德大学电气与机械工程学院的Withawat Withayachumnankul 教授、现为大阪大学博士后研究员的高伟杰博士和 Masayuki Fujita 教授。

Withayachumnankul 教授表示：“我们提出的偏振复用器允许在同一频带上同时传输多个数据流，从而有效地使数据容量翻倍。”该设备实现的相对带宽在任何频率范围内都是前所未有的，代表着集成复用器的一次重大飞跃。

偏振复用器在现代通信中必不可少，因为它们使多个信号能够共享同一频带。此功能可显著提高信道容量。

新设备通过利用锥形定向耦合器和各向异性有效介质包层实现了这一目标。这些组件增强了偏振双折射，从而实现了高偏振消光比 (PER) 和宽带宽——这是高效太赫兹通信系统的基本特征。

与依赖复杂且频率相关的非对称波导的传统设计不同，新型多路复用器采用仅轻微频率相关的各向异性包层。这种方法充分利用了锥形耦合器提供的充足带宽。

结果是分数带宽接近 40%，平均 PER 超过 20 dB，最小插入损耗约为 1 dB。这些性能指标远远超过现有的光学和微波设计，后者通常存在带宽窄和损耗较高的问题。

研究团队的工作不仅提高了太赫兹系统的效率，还为无线通信的新时代奠定了基础。高博士指出：“这项创新是充分发挥太赫兹通信潜力的关键推动因素。”应用包括高清视频流、增强现实和 6G 等下一代移动网络。

传统的太赫兹偏振管理解决方案，例如基于矩形金属波导的正交模换能器 (OMT)，面临着巨大的局限性。金属波导在较高频率下欧姆损耗增加，而且由于严格的几何要求，其制造过程十分复杂。

真实通信设置概览照片。（来源：《激光与光子评论》）

光偏振多路复用器，包括使用马赫-曾德尔干涉仪或光子晶体的多路复用器，提供了更好的可集成性和更低的损耗，但通常需要在带宽、结构紧凑性和制造复杂性之间进行权衡。

定向耦合器广泛应用于光学系统，需要强偏振双折射才能实现紧凑的体积和高 PER。然而，定向耦合器受限于带宽窄和对制造公差的敏感性。

新型多路复用器结合了锥形定向耦合器和有效介质包层的优点，解决了这些限制。各向异性包层具有显著的双折射性，确保在宽带宽内具有高 PER。这一设计原理标志着与传统方法的背离，为太赫兹集成提供了一种可扩展且实用的解决方案。

多路复用器的实验验证证实了其卓越的性能。该设备在 225-330 GHz 范围内高效运行，实现了 37.8% 的分数带宽，并将 PER 保持在 20 dB 以上。其紧凑的体积和与标准制造工艺的兼容性使其适合大规模生产。

太赫兹链路设置的特写视图。（来源：《激光与光子评论》）

高博士说：“这项创新不仅提高了太赫兹通信系统的效率，而且为更加强大和可靠的高速无线网络铺平了道路。”

这项技术的潜在应用范围不仅限于通信系统。通过提高频谱利用效率，多路复用器可以推动雷达、成像和物联网等领域的进步。“十年内，我们预计这些太赫兹技术将在各个行业得到广泛采用和整合，”Withayachumnankul 教授说。

该多路复用器还可与团队开发的早期波束形成设备无缝集成，从而在统一平台上实现高级通信功能。这种兼容性凸显了有效介质包覆介电波导平台的多功能性和可扩展性。

该团队的研究成果已发表在《激光与光子评论》杂志上，强调了其在推进光子学太赫兹技术方面的重要意义。藤田教授说：“通过克服关键的技术障碍，这项创新有望激发人们对该领域的兴趣和研究活动。”

模式的 a) 传输和 b) 串扰的测量设置。为了表征模式，扭曲波导被移除，而传输和串扰测量设置与模式的设置相反。（来源：Laser & Photonic Reviews）

研究人员预计，在未来几年内，他们的工作将激发新的应用和进一步的技术改进，最终带来商业原型和产品。

该多路复用器代表着在充分发挥太赫兹通信潜力方面迈出了重要一步。它以前所未有的性能指标为集成太赫兹设备树立了新标准。

随着对高速、大容量通信网络的需求不断增长，此类创新将在塑造无线技术的未来方面发挥关键作用。

https://www.thebrighterside.news/post/groundbreaking-silicon-chip-unlocks-the-potential-of-6g-communications/

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