Nouveau modulateur électro-optique à bande ultra large 997 GHz

Nouvelle bande ultra-large 997 GHzmodulateur électro-optique

Un nouveau modulateur électro-optique à bande ultra-large a établi un record de bande passante de 997 GHz

Récemment, une équipe de recherche de Zurich, en Suisse, a développé avec succès un modulateur électro-optique à bande ultra-large fonctionnant à des fréquences allant de 10 MHz à 1,14 THz, établissant un record de bande passante de 3 dB à 997 GHz, soit deux fois le record actuel. Cette avancée est attribuée à la conception optimisée des modulateurs plasma, ouvrant un tout nouveau champ d'application pour les futurs circuits intégrés photoniques térahertz (PIC).

Actuellement, les communications sans fil reposent principalement sur les micro-ondes et les ondes millimétriques, mais les ressources spectrales de ces bandes de fréquences tendent à être saturées. Bien que la communication optique dispose d'une large bande passante, elle ne peut être directement utilisée pour la transmission sans fil en espace libre. Par conséquent, la communication THz est considérée comme le « pont d'or » reliant les réseaux sans fil et à fibre optique, offrant une solution idéale pour les systèmes de communication 6G et à haut débit. Le problème réside dans les performances des modulateurs électro-optiques existants (tels queModulateur LiNbO₃, InGaAs et matériaux à base de silicium) dans la bande de fréquences THz est loin d'être suffisante. L'atténuation du signal est évidente. La bande passante utile n'est que d'environ 14 GHz et la fréquence porteuse maximale de 100 GHz, ce qui est loin de répondre aux normes requises pour les communications THz. Dans cet article, des chercheurs ont développé un nouveau modulateur à plasma, augmentant avec succès la bande passante de 3 dB à 997 GHz, soit le double du record actuel, comme le montre la figure 1. Cette avancée non seulement brise les limites des technologies traditionnelles, mais ouvre également la voie au développement futur des communications THz !

Figure 1 Modulateur électro-optique à plasma avec bande passante THz

La principale avancée de ce nouveau type de modulateur réside dans la haute technologie appelée « effet plasma ». Imaginez que lorsque la lumière brille à la surface d'une nanostructure métallique, elle entre en résonance avec les électrons du matériau ; les électrons oscillent collectivement sous l'effet de la lumière, formant une onde particulière. C'est précisément cette fluctuation qui permet l'modulateurpour manipuler les signaux optiques avec une efficacité extrêmement élevée. Les résultats expérimentaux montrent que le modulateur présente de bonnes caractéristiques de modulation dans la gamme de courant continu (CC) à 1,14 THz et un gain stable dans la bande de fréquences de 500 GHz à 800 GHz.

Afin d'étudier en profondeur le fonctionnement du modulateur, l'équipe de recherche a construit un modèle de circuit équivalent détaillé et analysé l'influence de différents paramètres structurels sur ses performances par simulation. Les résultats expérimentaux concordent parfaitement avec le modèle théorique, confirmant ainsi l'efficacité et la stabilité du modulateur. De plus, les chercheurs ont proposé un plan d'amélioration. Grâce à une conception optimisée, la fréquence de fonctionnement de ce modulateur devrait dépasser 1 THz, voire 2 THz !

Cette étude démontre le grand potentiel du plasmamodulateurs électro-optiquesdans les communications THz et les circuits intégrés photoniques (PIC). Ce dispositif, caractérisé par une bande ultra-large, un rendement élevé et une grande intégrabilité, offre une solution innovante pour la modulation du signal THz. À l'avenir, grâce à l'optimisation continue de la conception et des procédés de fabrication, la fréquence de fonctionnement des modulateurs plasma devrait dépasser 2 THz, permettant ainsi des débits de données plus élevés et une couverture spectrale plus étendue. L'avènement de l'ère THz signifie non seulement une transmission de données plus rapide et des capacités de détection plus précises, mais favorisera également l'intégration poussée de multiples domaines tels que la communication sans fil, l'informatique optique et la détection intelligente. La percée des modulateurs électro-optiques plasma pourrait constituer une étape clé du développement de la technologie THz, jetant les bases de l'interconnexion haut débit de la future société de l'information.