اولین میکسر فرکانسی پتاهرتز جهان، فناوری ارتباطات فوق‌سریع را پیشرفت می‌دهد
در طول یک تماس تلفنی، صدای انسان به سیگنال‌های الکترونیکی تبدیل می‌شود، منتقل می‌شود و در انتهای دیگر به وضوح شنیده می‌شود.
فرآیند تغییر فرکانس سیگنال‌ها به نام میکس فرکانسی شناخته می‌شود و برای فناوری‌های ارتباطی مانند رادیو و وای‌فای ضروری است.
میکسرهای فرکانسی اجزای مهمی در دستگاه‌های الکترونیکی هستند که در میلیاردها (گیگاهرتز) تا تریلیون‌ها (تراهرتز) بار در ثانیه عمل می‌کنند.
تصور کنید میکسر فرکانسی که در سطح یک کوادریلیون (پتاهرتز) بار در ثانیه عمل می‌کند و امکان انتقال و پردازش مقادیر بزرگی از اطلاعات با سرعت‌های بسیار بالاتر را فراهم می‌کند.
MIT یک میکسر الکترونیکی-نوری جدید با مقیاس فرکانس پتاهرتز را به نمایش گذاشته است که اولین گام به سوی ایجاد فناوری ارتباطات سریع‌تر است.
این تحقیق همچنین به تحقیقاتی در جهت توسعه مدارهای الکترونیکی نوری مینیاتوری جدید برای پردازش مستقیم سیگنال‌های نوری در مقیاس نانو پیشرفت می‌کند.
نوسانات فوق‌سریع
میکسرهای فرکانسی پتاهرتز به انسان‌ها این امکان را می‌دهند که سیگنال‌ها را به فرکانس‌های نوری تغییر داده و سپس به فرکانس‌های الکترونیکی معمولی بازگردانند، که این امر امکان انتقال و پردازش مقادیر بزرگی از اطلاعات را با سرعت‌های بسیار بالاتر فراهم می‌سازد.
این جهش در سرعت فقط در انجام کارها با سرعت بیشتر نیست، بلکه امکان‌های جدیدی را فراهم می‌کند.
الکترونیک نوربسته (یا الکترونیک پتاهرتز) یک حوزه نوظهور است که هدف آن یکپارچه‌سازی سیستم‌های نوری و الکترونیکی با سرعت‌های بسیار بالا می‌باشد، که از نوسانات فوق‌سریع میدان‌های نوری بهره می‌برد.
ایده اصلی این است که از میدان الکتریکی امواج نوری که در مقیاس‌های زمانی زیر-فمتوثانیه نوسان می‌کنند، برای هدایت فرآیندهای الکترونیکی به صورت مستقیم استفاده شود.
این امکان پردازش و دستکاری اطلاعات را با سرعت‌هایی بسیار فراتر از آنچه با فناوری‌های الکترونیکی فعلی ممکن است، فراهم می‌کند.
یک میکسر الکترونیکی پتاهرتز، در ترکیب با دیگر مدارهای پتاهرتز، ما را قادر می‌سازد که مقادیر بزرگی از اطلاعات را در زمان واقعی پردازش و تحلیل کرده و مقادیر بیشتری از داده‌ها را با سرعت‌های بی‌سابقه‌ای انتقال دهیم.
نانوتکنولوژی
در دهه 1970، دانشمندان شروع به بررسی راه‌هایی برای گسترش میکس فرکانسی الکترونیکی به محدوده تراهرتز با استفاده از دیودها کردند.
در حالی که این تلاش‌های اولیه نشان‌دهنده پیشرفت‌هایی بودند، پیشرفت تا دهه‌ها متوقف شد. اما اخیرا، پیشرفت‌هایی در نانوتکنولوژی این حوزه تحقیقاتی را مجدداً احیا کرده است.
محققان کشف کردند که ساختارهای کوچک مانند نوک‌های سوزنی در مقیاس نانومتر و آنتن‌های پلاسمونیک می‌توانند به شکلی مشابه با دیودهای اولیه عمل کنند، اما در فرکانس‌های بسیار بالاتر.
یک مطالعه اخیر با دسترسی آزاد منتشر شده در Science Advances توسط متیو یانگ، لو-تینگ چو، مارکو تورچتی، فلیکس ریتزکووسکی، کارل ک. برگگرن، و فیلیپ د. کیثلی در MIT یک گام مهم به جلو نشان داده است.
آنها یک میکسر فرکانس الکترونیکی برای تشخیص سیگنال‌ها که در فرکانسی بیش از 0.350 پتاهرتز عمل می‌کند با استفاده از نانوآنتن‌های کوچک توسعه دادند.
این نانوآنتن‌ها می‌توانند فرکانس‌های مختلف نور را میکس کنند، که تجزیه و تحلیل سیگنال‌های نوسانی به ترتیب بزرگی سریع‌تر از سریع‌ترین دسترسی‌پذیر به الکترونیک معمولی را امکان‌پذیر می‌سازد.
دستگاه‌های الکترونیکی پتاهرتز می‌توانند توسعه‌هایی را ممکن کنند که نهایتاً زمینه‌هایی که نیاز به تحلیل دقیق سیگنال‌های نوری کی سریع دارند را انقلابی کنند، مانند طیف‌سنجی و تصویربرداری، جایی که ثبت دینامیک در مقیاس فمتوثانیه حیاتی است (یک فمتوثانیه یک میلیونم یک میلیاردم ثانیه است).
مطالعه تیم برجسته استفاده از شبکه‌های نانوآنتن برای ایجاد یک میکسر فرکانس نوری الکترونیکی روی تراشه و پهن باند است.
این روش نوآورانه امکان خواندن دقیق موج‌فرم‌های نوری را با بیش از یک اکتاو پهنای باند فراهم می‌کند.
طول‌موج‌ها
به طور مهم، این فرآیند با استفاده از یک لیزر آماده به کار تجاری که می‌توان به راحتی خریداری کرد، انجام شد، نه یک لیزر با سفارشی‌سازی بالا.
در حالی که میکس فرکانس نوری با استفاده از مواد غیرخطی امکان‌پذیر است، این فرآیند کاملاً نوری است (به این معنی که ورودی نور به خروجی نور در یک فرکانس جدید تبدیل می‌شود).
علاوه بر این، مواد باید دارای چندین طول‌موج ضخامت باشند، که اندازه دستگاه را به مقیاس میکرومتر محدود می‌کند (یک میکرومتر یک میلیونم متر است).
در مقابل، روش الکترونیکی نوربسته که توسط نویسندگان نشان داده شده است، از مکانیزم تونل‌زنی هدایت‌شده توسط نور استفاده می‌کند که غیرخطی‌های بالایی برای میکس فرکانس و خروجی الکترونیکی مستقیم با استفاده از دستگاه‌هایی در مقیاس نانومتر (یک نانومتر یک میلیاردم متر است) ارائه می‌دهد.
در حالی که این مطالعه بر روی تعیین مشخصات پالس‌های نوری با فرکانس‌های مختلف تمرکز داشت، محققان پیش‌بینی می‌کنند که دستگاه‌های مشابه امکان ساخت مدارهای با استفاده از امواج نوری را فراهم خواهند کرد.
با پهنای باندهای که چندین اکتاو را شامل می‌شود، این دستگاه می‌تواند راه‌های جدیدی برای بررسی تعاملات فوق‌سریع نور و ماده فراهم کند، و پیشرفت‌های در فناوری‌های منبع فوق‌سریع را تسریع کند.
این کار تنها مرزهای ممکن در پردازش سیگنال‌های نوری را جابه‌جا نمی‌کند، بلکه پلی میان زمینه‌های الکترونیک و نوری ایجاد می‌کند.
با اتصال این دو حوزه تحقیقاتی مهم، این مطالعه راه‌های جدیدی برای فناوری‌ها و کاربردها در زمینه‌هایی مانند طیف‌سنجی، تصویربرداری و ارتباطات را پیش می‌برد و در نهایت توانایی ما برای بررسی و دستکاری دینامیک فوق‌سریع نور را بهبود می‌بخشد.
