Lebih Cepat dari Sebelumnya: Terobosan dalam Teknologi Terahertz Menjanjikan Switch Knowledge yang Lebih Cepat

Pendekatan inovatif memajukan teknologi terahertz, memfasilitasi transmisi knowledge yang lebih cepat dan adopsi yang lebih luas.

Teknologi Terahertz memiliki potensi untuk menjawab kebutuhan yang semakin meningkat akan kecepatan switch knowledge yang lebih cepat, namun konversi Terahertz sinyal ke berbagai frekuensi yang lebih rendah masih menjadi tantangan. Baru-baru ini, peneliti Jepang telah merancang pendekatan baru untuk mengubah sinyal terahertz ke atas dan ke bawah dalam sebuah pemandu gelombang. Hal ini dicapai dengan mengubah konduktivitas pemandu gelombang secara dinamis menggunakan cahaya, sehingga menciptakan batas temporal. Terobosan mereka dapat mengarah pada kemajuan dalam optoelektronik dan peningkatan efisiensi telekomunikasi.

Seiring kita menyelami Period Informasi lebih dalam, permintaan akan transmisi knowledge yang lebih cepat terus meningkat, yang diperkuat oleh kemajuan pesat di bidang-bidang seperti pembelajaran mendalam dan robotika. Dengan latar belakang ini, semakin banyak ilmuwan yang mengeksplorasi potensi penggunaan gelombang terahertz untuk mengembangkan teknologi telekomunikasi berkecepatan tinggi.

Akan tetapi, untuk menggunakan pita terahertz secara efisien, kita memerlukan teknik multiplexing pembagian frekuensi (FDM) untuk mengirimkan beberapa sinyal secara bersamaan. Tentu saja, kemampuan untuk menaikkan atau menurunkan frekuensi sinyal terahertz ke frekuensi lain yang berubah-ubah merupakan prasyarat logis untuk FDM. Sayangnya, hal ini terbukti cukup sulit dilakukan dengan teknologi saat ini. Masalah utamanya adalah bahwa gelombang terahertz merupakan gelombang frekuensi yang sangat tinggi dari sudut pandang elektronik konvensional dan cahaya berenergi sangat rendah dalam konteks optik, yang melampaui kemampuan sebagian besar perangkat dan konfigurasi di kedua bidang tersebut. Oleh karena itu, pendekatan yang sangat berbeda akan diperlukan untuk mengatasi keterbatasan saat ini.

Solusi Inovatif untuk Konversi Frekuensi

Anehnya, dalam sebuah studi baru-baru ini yang diterbitkan di Nanofotonik Pada tanggal 20 Mei 2024, sebuah tim peneliti yang meliputi Asisten Profesor Keisuke Takano dari Fakultas Sains, Universitas Shinshu, Jepang, melaporkan solusi inovatif untuk menurunkan frekuensi gelombang terahertz. Makalah mereka ditulis bersama oleh Fumiaki Miyamaru dari Universitas Shinshu, Toshihiro Nakanishi dari Universitas Kyoto, Yosuke Nakata dari Universitas Osaka, dan Joel Pérez-Urquizo, Julien Madéo, dan Keshav M. Dani dari Institut Sains dan Teknologi Okinawa.

Strategi yang diusulkan didasarkan pada konversi frekuensi yang terjadi dalam sistem yang berubah-ubah seiring waktu. Mirip seperti pemandu gelombang yang membatasi paket gelombang yang bergerak di ruang angkasa, ada konsep serupa yang terjadi dalam waktu yang dikenal sebagai pemandu gelombang temporal. Sederhananya, variasi yang terjadi di seluruh sistem dari waktu ke waktu akan bertindak sebagai 'batas temporal'. Mirip dengan batas spasial (misalnya, antarmuka antara dua media yang berbeda), batas temporal dapat mengubah sifat dispersi pemandu gelombang, sehingga menimbulkan mode perambatan yang berbeda pada frekuensi baru.

Eksperimen dan Aplikasi Potensial

Untuk membuat batas temporal ini, para peneliti pertama-tama meletakkan pemandu gelombang GaAs di atas lapisan logam tipis. Saat gelombang terahertz bergerak melalui pemandu gelombang dalam mode magnetik transversal (TM), gelombang tersebut menyinari permukaan GaAs yang polos. Fotoeksitasi yang dihasilkan dari permukaan atas secara instan mengubah konduktivitasnya, yang secara efektif mengubah pemandu gelombang yang dilapisi logam di bagian bawah menjadi pemandu gelombang yang dilapisi logam ganda yang paralel. Transisi dari satu struktur pemandu gelombang ke struktur lainnya ini bertindak sebagai batas temporal, di mana mode TM insiden dari pemandu gelombang polos digabungkan dengan mode elektromagnetik transversal (TEM) dari pemandu gelombang yang dilapisi logam ganda. Mengingat bahwa kurva dispersi mode TEM menempati rentang frekuensi yang lebih rendah daripada mode TM insiden, pendekatan ini menghasilkan gelombang terahertz yang frekuensinya bergeser ke bawah.

Tim peneliti menjalankan eksperimen yang akhirnya memvalidasi analisis teoritis menyeluruh mereka terhadap metode konversi frekuensi yang diusulkan. Dengan demikian, temuan studi ini menggambarkan masa depan yang cerah untuk teknologi terahertz yang akan datang. Senang dengan hasilnya, Dr. Takano berkata: “Perangkat konversi frekuensi untuk gelombang terahertz berpotensi untuk diterapkan pada komunikasi nirkabel berkecepatan sangat tinggi di masa depan. Misalnya, perangkat tersebut dapat memungkinkan replikasi informasi antara saluran frekuensi gelombang terahertz yang membawa knowledge yang berbeda. Mungkin juga ada perangkat tempat sirkuit pemrosesan informasi gelombang terahertz terintegrasi dengan berbagai komponen pemrosesan optik.” Perlu dicatat, konversi naik melalui pendekatan yang diusulkan juga telah ditunjukkan dalam “F. Miyamaru dan lain-lain., Phys. Rev. Lett., 127, 053902 (2021).” Selain itu, konversi naik dan turun dapat dialihkan dengan memanipulasi polarisasi gelombang terahertz enter, yang akan membantu membuat FDM dalam rentang terahertz lebih nyaman.

Sebagai tambahan, metode konversi frekuensi saat ini tidak sepenuhnya terbatas pada pandu gelombang terahertz dan juga dapat memiliki implikasi penting dalam optik. “Penting untuk menyadari bahwa konsep penelitian ini melampaui rentang frekuensi terahertz dan dapat diterapkan pada rentang frekuensi optik juga. Perangkat konversi frekuensi ultracepat yang terdiri dari pandu gelombang termodulasi optik dengan indium timah oksida juga dapat dimungkinkan, berdasarkan temuan terkini” komentar Dr. Takano.

Pengembangan lebih lanjut di bidang ini pada akhirnya dapat mengarah pada telekomunikasi yang lebih cepat dan hemat energi, membantu kita membangun masyarakat yang lebih saling terhubung dan berkelanjutan.

Referensi: “Penurunan frekuensi gelombang terahertz pada batas temporal yang diinduksi secara optik dalam pandu gelombang GaAs” oleh Keisuke Takano, Satoko Uchiyama, Shintaro Nagase, Yuka Tsuchimoto, Toshihiro Nakanishi, Yosuke Nakata, Joel Pérez-Urquizo, Julien Madéo, Keshav M. Dani dan Fumiaki Miyamaru, 20 Mei 2024, Nanofotonik.
DOI: 10.1515/nanoph-2024-0010

Pendanaan: Japan Society for the Promotion of Science, JST PRESTO, Penelitian Pendahuluan untuk Sains dan Teknologi Embrionik, Universitas Pascasarjana Institut Sains dan Teknologi Okinawa, Yayasan Takano Gakujutsu-Shinko-Zaidan