太赫兹6G，重要突破！
产业动态 | 2021/7/26 16:24:12
7月26日讯 由华威大学物理系 Emma Pickwell-MacPherson博士领导的团队开发了新一代用于操纵太赫兹无线电波信号的带通滤波器（可以3D打印生成），并采用Menlo Systems公司提供的TeraSmart系统建成6G无源设备测试平台，代表了迈向未来6G通信技术的重要一步。
这是太赫兹6G领域的重要突破。对于物理学家们来说，太赫兹6G无线通信具有潜在广泛的应用场景。太赫兹位于经典微波波段和红外线之间，是电磁频谱中使用相对较少的一段。这在很大程度上归因于这样一个事实，即开发有效的发射器、灵敏的接收器和其他光学组件（例如滤波器）来控制和操纵太赫兹辐射是一项具有挑战性的任务。事实上，目前还没有用于在通信和成像等领域中操纵太赫兹频率的紧凑且经济的方法。
着眼于解决这一问题，华威大学物理系Emma Pickwell-MacPherson博士的研究团队引入了一种基于3D打印的太赫兹带通滤波器制造新方法。3D打印已成为生产用于太赫兹频段的光学元件的简单方法。快速的“原型制作策略”允许在几分钟内制造出公差为几百微米的复杂结构。这使研究人员甚至可以测试具有奇特几何形状的组件以用于过滤技术。由于业界对太赫兹应用的兴趣日益增加，对能够对其进行控制的光学组件的需求正在上升。在这种情况下，带通滤波器将起到关键作用。
6G无源设备测试平台用于测试新的复用器/解复用器滤波器元件的功能和性能，如下图所示，来自太赫兹发射器天线的太赫兹无线信号被聚焦到堆栈内第一个波导的孔径中，终端波导的输出辐射由接收器天线收集。
带通滤波器是传输输入信号中包含的特定频率部分的元件。位于传输窗口上方和下方的频率要么被拒绝，要么被衰减。Pickwell-MacPherson团队用聚苯乙烯制造了新型介质滤波器。滤波器由两到五个互连的波导组成（横截面尺寸为1.2 mm×1.2 mm），它们由100-、200-和400-μm的充气间隙隔开，每个间隙沿轴向偏移25 mm纵轴。滤波器的设计基于模式耦合理论，该理论描述了电磁波在波导中的传播。
新的带通滤波器可以很容易地串联耦合在一起，该团队已使用此功能构建了一种新颖的“复用/解复用”形式。这是一种能够分离和重新组合输入信号的选频设备。同样，棱镜可以理解为“多路分解器”，因为它可以将可见光分成其组成颜色。同一个棱镜还可以将这些频段重新组合成一束白光，在这种情况下，它充当“多路复用器”。这个例子说明了为什么复用程序在光信号处理和数据传输中起着至关重要的作用。
“使用我们的新复用器/解复用器元件，可以将两个数据流编码在不同频率的载波中并在同一光纤中传播。”Arturo Hernandez-Serrano解释说。滤波器的基本结构也可以很容易地扩展到允许两个以上独立信号的分离或组合。“我们的光谱仪系统拥有两个独立的发射器-接收器天线对。此功能对于将滤波器演示为多路复用器具有重要意义。”
新发现开辟了通向未来通信技术的道路。当前的5G网络使用低于60 GHz的频率。下一代硬件将需要以更高的频率运行---太赫兹频率。然而，与利用红外辐射、可见光和微波的成熟系统相比，基于太赫兹的技术还有很多地方需要突破。
Pickwell-MacPherson团队坚信，他们的复用器/解复用器组件以及由3D打印机制造的许多其他光子元件将在下一代基于太赫兹的光学通信硬件中发挥重要作用。Emma Pickwell-MacPherson 说：“我们已经成功证明，在太赫兹范围内生产光子组件的快速、稳健和经济的方法已经触手可及。我们希望它们将有助于开启基于太赫兹的6G系统时代。”
这是太赫兹6G领域的重要突破。对于物理学家们来说，太赫兹6G无线通信具有潜在广泛的应用场景。太赫兹位于经典微波波段和红外线之间，是电磁频谱中使用相对较少的一段。这在很大程度上归因于这样一个事实，即开发有效的发射器、灵敏的接收器和其他光学组件（例如滤波器）来控制和操纵太赫兹辐射是一项具有挑战性的任务。事实上，目前还没有用于在通信和成像等领域中操纵太赫兹频率的紧凑且经济的方法。
着眼于解决这一问题，华威大学物理系Emma Pickwell-MacPherson博士的研究团队引入了一种基于3D打印的太赫兹带通滤波器制造新方法。3D打印已成为生产用于太赫兹频段的光学元件的简单方法。快速的“原型制作策略”允许在几分钟内制造出公差为几百微米的复杂结构。这使研究人员甚至可以测试具有奇特几何形状的组件以用于过滤技术。由于业界对太赫兹应用的兴趣日益增加，对能够对其进行控制的光学组件的需求正在上升。在这种情况下，带通滤波器将起到关键作用。
6G无源设备测试平台用于测试新的复用器/解复用器滤波器元件的功能和性能，如下图所示，来自太赫兹发射器天线的太赫兹无线信号被聚焦到堆栈内第一个波导的孔径中，终端波导的输出辐射由接收器天线收集。
带通滤波器是传输输入信号中包含的特定频率部分的元件。位于传输窗口上方和下方的频率要么被拒绝，要么被衰减。Pickwell-MacPherson团队用聚苯乙烯制造了新型介质滤波器。滤波器由两到五个互连的波导组成（横截面尺寸为1.2 mm×1.2 mm），它们由100-、200-和400-μm的充气间隙隔开，每个间隙沿轴向偏移25 mm纵轴。滤波器的设计基于模式耦合理论，该理论描述了电磁波在波导中的传播。
新的带通滤波器可以很容易地串联耦合在一起，该团队已使用此功能构建了一种新颖的“复用/解复用”形式。这是一种能够分离和重新组合输入信号的选频设备。同样，棱镜可以理解为“多路分解器”，因为它可以将可见光分成其组成颜色。同一个棱镜还可以将这些频段重新组合成一束白光，在这种情况下，它充当“多路复用器”。这个例子说明了为什么复用程序在光信号处理和数据传输中起着至关重要的作用。
“使用我们的新复用器/解复用器元件，可以将两个数据流编码在不同频率的载波中并在同一光纤中传播。”Arturo Hernandez-Serrano解释说。滤波器的基本结构也可以很容易地扩展到允许两个以上独立信号的分离或组合。“我们的光谱仪系统拥有两个独立的发射器-接收器天线对。此功能对于将滤波器演示为多路复用器具有重要意义。”
新发现开辟了通向未来通信技术的道路。当前的5G网络使用低于60 GHz的频率。下一代硬件将需要以更高的频率运行---太赫兹频率。然而，与利用红外辐射、可见光和微波的成熟系统相比，基于太赫兹的技术还有很多地方需要突破。
Pickwell-MacPherson团队坚信，他们的复用器/解复用器组件以及由3D打印机制造的许多其他光子元件将在下一代基于太赫兹的光学通信硬件中发挥重要作用。Emma Pickwell-MacPherson 说：“我们已经成功证明，在太赫兹范围内生产光子组件的快速、稳健和经济的方法已经触手可及。我们希望它们将有助于开启基于太赫兹的6G系统时代。”
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