Встановлено новий рекорд швидкості передачі даних за допомогою випромінювання терагерцового діапазону
Проблема, що спостерігається нині в смузі спектру радіодіапазону від 3 до 3000 мегагерц , полягає в тому, що ця смуга, м'яко кажучи, переповнена. Телебачення, радіо, мобільний зв'язок, Bluetooth, навігаційна система GPS, Wi-Fi і інші пристрої двостороннього радіозв'язку використовують радіосигнали, що знаходяться в цьому ультравысокочастотном діапазоні. "Зворотною стороною" цієї проблеми є те, що навіть при всьому бажанні дуже важко знайти вільний проміжок у вказаному діапазоні, необхідний для організації нових і розширення можливостей існуючих служб. Розуміючи цю проблему, яка з часом ставатиме все гострішим і гострішим, дослідники з різних організації вже багато років працюють над використанням для зв'язку частот, що лежать поза проміжку від 3 до 3000 МГц. І ось не так давно, одна із груп вчених, що працюють в цьому напрямку, досягла чудових результатів, отримавши швидкість бездротової передачі даних близько 100 гігабіт в секунду, використовуючи випромінювання терагерцового діапазону.
Група вчених, якій вдалося здійснити цей прорив, є групою, до складу якої входять вчені та інженери з Технологічного інституті Карлсруе (Karlsruhe Institute of Technology, KIT), Інституту прикладної фізики Фраунгофера (Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics) і університету Штутгарту (University of Stuttgart). Створений ними канал в змозі забезпечити передачу даних з вказаною вище швидкістю на відстань трохи більше 20 метрів за допомогою електромагнітного випромінювання, частотою 237.5 ГГц. Ця частота розташований у міліметровому частини радиоспектра і знаходиться дуже близько до терагерцовой області, яка починається з точки 300 ГГц. Випромінювання терагерцового діапазону має величезний потенціал завдяки тому, що воно не є іонізуючим, але разом з цим має вкрай високо проникаючою здатністю, дозволяючи створювати безпечні для здоров'я людей медичні діагностичні пристрої та "просвічують" системи для служб безпеки аеропортів, інших громадських місць і установ.
Терагерцовая і субтерагерцовые частоти вже кілька років розглядаються як способи реалізації швидкодіючих комунікаційних каналів, призначених для використання у сільській місцевості або у віддалених місцерозташуваннях, де прокладка волоконно-оптичного кабелю утруднена або неможлива. Крім цього, випромінювання терагерцового діапазону може забезпечити високошвидкісний зв'язок практично в будь-яких умовах, адже на його поширення не впливають ні дощ, ні сніг, ні туман, які надають істотний негативний вплив на радіохвилі певних діапазонів і на світ лазерів, що використовуються в комунікаційних системах, що працюють на відкритому повітрі.
Для того, щоб домогтися отримання рекордного значення швидкості передачі інформації, дослідники створили пристрій, що є симбіозом найсучасніших рішень в області електроніки та фотоніки. Прикінцеві тракти передавального пристрою були виготовлені за допомогою фотонних технологій, які мають велику смугу пропускання і більший динамічний діапазон. А недоліком використання такого підходу було те, що фотонні схеми стали причиною істотного обмеження вихідної потужності передавального пристрою.
Основою радіопередавального пристрою є фотонний чіп, що випускається японською компанією NTT-NEL і званий фотонним міксером (photon mixer). На кристалі цього чіпа знаходяться два лазера, що висвітлюють фотодіод. Світ одного з лазерів промодулирован переданої інформації, а комбінація світла двох лазерів, сформованих на поверхні фотодіода, дозволяє зробити сигнал з частотою 237.5 ГГц, які потім передається в простір за допомогою антени, має спеціальну форму.
На стороні приймача вчені використовували виготовлену на замовлення інтегральну схему, що складається з транзисторів з високою рухливістю електронів і інших електронних компонентів, здатних працювати з випромінюванням міліметрового діапазону. Схема цього чіпа посилювала прийнятий сигнал і витягала передану інформацію, змішуючи посилений сигнал з сигналом проміжної частоти. Цей чіп, розмір кристала якого дорівнює всього кілька міліметрів, є великим кроком у бік інтеграції террагерцовых комунікацій в смартфони, планшетні комп'ютери та інші портативні електронні пристрої.
Слід зауважити, що у групи дослідників з KIT вже є досить великий досвід у створенні подібних систем. У травні цього року їм вдалося здійснити передачу даних зі швидкістю 40 гігабіт на секунду на відстань більше кілометра за допомогою електромагнітного випромінювання, частотою 240 ГГц. На відміну від схеми нинішнього пристрою, схем більш раннього передавального пристрою була побудована тільки з використанням електронних компонентів. Наступними кроками, які мають намір зробити вчені, стане розробка і застосування підсилювача, який посилить терагерцовый сигнал, що виробляється фотодіодом пристрою, що дозволить суттєво підняти його вихідну потужність.