記録破りの帯域幅を実現する小型コンポーネント

March, 28, 2025, Zurich--ETH Zurichの研究者によって開発された変調器は、テラヘルツマークを破った。超高速コンポーネントは、短時間で大量のデータを光ファイバネットワークに効率的に送信する。

プラズモニック変調器は、電気信号を光信号に変換して光ファイバで伝送する小さな部品である。この種の変調器は、テラヘルツ(毎秒1兆回以上の振動)を超える周波数でデータを伝送することができなかった。今回、ETH-Zurichのフォトニクス・コミュニケーションJürg Leuthold教授が率いるグループの研究者たちは、実にそれに成功した。以前の変調器は、100GHzまたは200GHzまでの周波数、つまり5〜10倍低い周波数しか変換できなかった。

この種の変調器は、電気世界と光によるデータ伝送との間の架け橋として、大量のデータが伝送される場所であればどこでも使用できる。「データは常に最初は電気的な形で存在し、今日では、その伝送には必ずどこかの時点で光ファイバが関与している」(Leuthold)。

次世代の移動体通信(6G)は、テラヘルツ帯で運用される。そのバックボーンである基地局間のケーブルは、光ファイバ技術に依存している。「われわれの変調器は、無線信号やその他の電気信号を直接、したがって効率的に光信号に変換することができる」と、博士論文でこのコンポーネントに取り組んだYannik Horstは話している。

医療・計測技術にも
THz信号を光ファイバに転送することは、技術的な観点からはすでに可能だが、それは面倒なプロセスであり、現状、いくつかの高価なコンポーネントが必要になる。新しい変調器は信号を直接変換できるため、エネルギー消費を削減し、測定精度が向上する。さらに、現在、周波数範囲ごとに異なるコンポーネントが必要だが、新しい変調器は、10MHzから1.14THzまでの任意の周波数で使用できる。「われわれは、1つのコンポーネントで全周波数範囲をカバーする。したがって、アプリケーションの点で非常に用途が広い」(Leuthold)。

その他の潜在的なアプリケーションには、HPCセンタ内およびHPCセンタ間の光ファイバデータ伝送が含まれる。最後に、これらのコンポーネントは、医療におけるイメージング技術、材料分析のための分光法、空港の手荷物スキャナ、レーダー技術など、高性能測定技術でも注目されている。この種のデバイスの中には、今日すでにTHz範囲で動作するものもある。

この新しい変調器は、金を含む様々材料で構成された小さなナノ構造で、金内の光と自由電子の相互作用を利用している。この技術はETH-Zurichで開発され、デバイスはLeutholdグループから出現したETHのスピンオフであるPolariton Technologiesによって製造された。現在、同社はTHz変調器を市場に投入し、データ伝送および測定技術の将来のアプリケーションで広く使用できるようにに取り組んでいる。