科学家研发出太赫兹无线通信技术的关键组件

太赫兹光波（绿色）和激光（红色），被通过分束器分离（灰平面），提供光波必要的相移。激光和太赫兹辐射以特殊晶体（棕色面）的形式混合，且随后的两个旁带（蓝波）产生了。激光调制器，然后以灰色圆柱的形式在光纤中（黄褐色的线）连接，并且以多模干涉结构的形式连接（白色的MMI面）。结果是，一个旁带熄灭，另外一个旁带的强度是最大化的，从而解决了太赫兹信号在光纤网络中的失真问题。

（图片来源于：荷兰内梅亨大学）

引言

太赫兹技术，正逐渐取代千兆赫频率，成为超高速无线通信网络的关键技术。来自荷兰内梅亨大学FELIX研究所的研究人员，展示了一种可以通过现有光纤网络，有效传输太赫兹频率信号波的技术。

太赫兹技术回顾

太赫兹泛指频率在0.1～10THz范围内、介于微波和红外线之间的电磁波。太赫兹技术，是一个交叉学科的前沿领域，世界上很多国家对这项技术都颇为重视。IntelligentThings，在之前的《太赫兹成像系统：让你无需翻开书本就可以阅读内容》（点此阅读）一文中对于太赫兹技术有过具体介绍。

高清电视、大数据、物联网以及社交媒体，都显著且持续地增加了无线通信网络的数据率。然而，促进网络数据率增长的一种有效办法就是使用太赫兹（THz, 1012 Hertz）技术，其数据率可高达100 Gbit/s。目前的无线数据通信系统，都在100Mbi/s的平均速度下，使用1GHz(GHz, 109 Hertz)左右的微波频率。例如：GPS系统的工作频率为1.3 GHz，WiFi为2.4GHz和5GHz，而微波是2.45GHz。为了寻找空闲频率，未被开发的太赫兹领域引起了大家的浓厚兴趣。

太赫兹信号的失真

使用太赫兹技术上网，必须将太赫兹无线电台连接至全世界的光纤网络中。然而，现有的微波技术不在太赫兹下操作。“太赫兹，是一个困难的频率领域，因为它同时是电子的，又是光学的，”FELIX研究人员Giel Berden解释道。“对于普通的光纤来说太低，对于标准电子来说有太高。”此外，光纤网络中的太赫兹信号是扰频的，因为激光的标准调制产生两种旁带（颜色），相互之间发生干涉。光学单边带（OSSB），是一种可以通过选择性消灭单边带，来预防信息不规则的方法。

特殊的光束分离器

荷兰内梅亨大学FELIX实验室的科学家，开发了一种OSSB调制器，可以使无线太赫兹波段在光纤网络中稳定的传输。论文的第一作者Afric Meijer解释道：“通过特殊设计的分束器，研究人员可将太赫兹波和红外激光分成两半，两个旁带的其中一个被减少至六十几分之一，而另外一个则被显著地增加。”特殊的调制器，不需要含有任何移动的部分或者色彩过滤器，且工作在从0.3到1太赫兹的特别宽的带宽范围之内。

太赫兹OSSB调制器，是TeraOptronics关于太赫兹激光FLARE(用于高级光谱学和高分辨率实验的自由电子激光器)。

“决定FLARE的激光颜色的设备，正好可以用于观察太赫兹OSSB，”Meijer解释道。“特殊的太赫兹激光FLARE和非洲，都对于拓展太赫兹频率的通信成为这个新兴领域的重要部分，显示出极大兴趣。”合著者Wim van de Zande，ASML目前的研究主任。

超高清、虚拟现实和大数据的机遇

随着空中的太赫兹信号被水蒸气强烈的地吸收，无线太赫兹通信会在相对较短的距离使用。

Meijer：

“太赫兹OSSB调制器，让我们可以使用现有的光纤网络。超高清以及虚拟现实图片可以通过太赫兹链接无线接收或者传输，就像数据研究结构和医院所使用的千兆字节。”

Berden:

“这个论文发表是一个原理求证。实际使用的技术需要另外几个步骤，例如按比例缩小精密加工的设计，以及效率的提高。我们希望这个创意可以被行业进一步开发。”

参考资料

【1】A. S. Meijer, G. Berden, D. D. Arslanov, M. Ozerov, R. T. Jongma, W. J. van der Zande. An ultrawide-bandwidth single-sideband modulator for terahertz frequencies. Nature Photonics, 2016; DOI:

【2】http://www.ru.nl/english/news-agenda/news/vm/imm/solid-state-physics/2016/terahertz-communication/

---