太赫茲波介于微波波段的終點(diǎn)與紅外線波段的起點(diǎn)之間

俄羅斯科學(xué)家提出6G標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)編碼方法

世界各地的研究人員正在研究在太赫茲（THz）范圍內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的方法，這將使發(fā)送和接收信息的速度比今天的技術(shù)更快。但與目前5G技術(shù)使用的吉赫（GHz）范圍相比，在太赫茲（THz）范圍內(nèi)對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼要困難得多。

太赫茲波是介于微波波段的終點(diǎn)與紅外線波段的起點(diǎn)之間

太赫茲是頻率為0.3到3 THz的電磁波，是一種新的、有很多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的波段。它是電磁輻射的毫米波波段的高頻邊緣（300 GHz）和低頻率的遠(yuǎn)紅外光譜帶邊緣（3000 GHz）之間的頻率，對應(yīng)的波長的輻射在該頻帶范圍從1mm到0.1mm（或100μm），所以也叫作“亞毫米波段”

俄羅斯圣彼得堡國立信息技術(shù)機(jī)械與光學(xué)大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)證明了修改太赫茲脈沖以用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目赡苄浴?/p>

發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的電信公司正開始采用新的5G標(biāo)準(zhǔn)，這將提供更快無線數(shù)據(jù)傳輸速度。與此同時(shí)，科學(xué)家們已經(jīng)在研究它的繼任者。

俄羅斯圣彼得堡國立信息技術(shù)機(jī)械與光學(xué)大學(xué)飛秒光學(xué)和飛秒技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的工作人員伊戈?duì)枴W帕林說：“我們正在研究6G技術(shù)，它將使數(shù)據(jù)傳輸速度提高100到1000倍不等，但實(shí)現(xiàn)6G需要我們切換到太赫茲范圍?！?/p>

現(xiàn)在，一種在單一物理通道上同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)通道的技術(shù)已經(jīng)在紅外（IR）范圍內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)技術(shù)基于兩個(gè)寬帶紅外脈沖之間的相互作用，帶寬以數(shù)十納米計(jì)。在太赫茲范圍內(nèi)，這種脈沖的帶寬會大得多。

但是，科學(xué)家和工程師將需要找到許多關(guān)鍵問題的解決方案。其中一個(gè)問題是確保兩個(gè)脈沖產(chǎn)生干擾。

歐帕林說：“在太赫茲范圍內(nèi)，脈沖往往包含少量的場振蕩。從字面上看，每個(gè)脈沖有一個(gè)或兩個(gè)，它們非常短，看起來像圖上的薄峰。要實(shí)現(xiàn)這種脈沖之間的干擾是相當(dāng)有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樗鼈兒茈y重疊?！?/p>

（a）頻譜，（b）模擬線性頻率調(diào)制THz脈沖的時(shí)間結(jié)構(gòu)和線性頻率調(diào)制。（c）準(zhǔn)離散頻譜和（d）由兩個(gè)線性頻率調(diào)制

圣彼得堡國立信息技術(shù)機(jī)械與光學(xué)大學(xué)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)建議延長脈沖的時(shí)間，使其持續(xù)時(shí)間延長數(shù)倍，但仍以皮秒為單位進(jìn)行測量。在這種情況下，一個(gè)脈沖內(nèi)的頻率將不會同時(shí)出現(xiàn)，而是相繼跟隨。在科學(xué)術(shù)語中，這被稱為線性頻率調(diào)制。然而，這又帶來了另一個(gè)挑戰(zhàn)，雖然線性頻率調(diào)制技術(shù)在紅外范圍內(nèi)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)，但這種技術(shù)在太赫茲范圍內(nèi)的應(yīng)用還缺乏研究。

圣彼得堡國立信息技術(shù)機(jī)械與光學(xué)大學(xué)飛秒光學(xué)和飛秒技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的工作人員伊戈?duì)枴W帕林

歐帕林說：“我們已經(jīng)轉(zhuǎn)向微波范圍內(nèi)使用的技術(shù)。采用金屬波導(dǎo)技術(shù)，這些波導(dǎo)往往具有高分散性，這意味著不同的發(fā)射頻率在那里以不同的速度傳播。但在微波范圍內(nèi)，這些波導(dǎo)是以單模使用的。換個(gè)說法，場是分布在一個(gè)配置的，一個(gè)特定的、狹窄的頻段，而且通常是一個(gè)波長。我們采用了一個(gè)尺寸適合太赫茲范圍的類似波導(dǎo)，并將一個(gè)寬帶信號通過它，使其以不同的配置傳播。因此，脈沖的持續(xù)時(shí)間變長了，從2皮秒變?yōu)?皮秒左右，是原來的3.5倍。這是我們的解決方案?！?/p>

通過使用波導(dǎo)，研究人員已經(jīng)能夠?qū)⒚}沖的長度增加到理論上的必要持續(xù)時(shí)間。這使得實(shí)現(xiàn)兩個(gè)線性頻率調(diào)制之間的干擾成為可能。

（a）THz脈沖的線性頻率調(diào)制及其近似指數(shù)，（b）準(zhǔn)離散譜（c）和脈沖序列的時(shí)間結(jié)構(gòu)

歐帕林說：“這種線性頻率調(diào)制的偉大之處在于，它表現(xiàn)出脈沖在時(shí)間上的結(jié)構(gòu)和頻譜之間的依賴性。因此，我們有時(shí)間形式，或者簡單地說，在時(shí)間上的場振蕩，以及光譜形式，它代表了這些振蕩在頻域上。比方說，我們在時(shí)間形式上有三個(gè)峰、三個(gè)子結(jié)構(gòu)，在頻譜形式上有三個(gè)相應(yīng)的子結(jié)構(gòu)。通過使用一個(gè)特殊的濾波器去除部分頻譜形式，我們可以在時(shí)間形式中閃爍，反之亦然。這可以成為太赫茲波段數(shù)據(jù)編碼的基礎(chǔ)?！?br /> 責(zé)任編輯:pj