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由合成拓扑相变实现的太赫兹柔性复用芯片
发布时间:2024-06-11 08:55:11 阅读:41

来源:Science China Press;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 王镜惠 编译

蓝色和红色射线表示频域上的不同子信道。子信道切换以由层间距离d的切换时间确定的时间保护帧为代价来操作。插图显示了具有TP跃迁机制的能带的简化图。出处:Science China Press

    太赫兹波段是介于微波和红外之间的间隙带,在6G通信等诸多前沿信息领域已显示出巨大的应用潜力。太赫兹硅基光子学具有传输效率高等优点,是实现太赫兹器件的有效平台。

    然而,如何在太赫兹波段实现功能更加丰富的器件或扩展器件控制能力,仍然是太赫兹集成光子学的研究热点。

    在《国家科学评论》杂志上发表的一项研究中,研究人员提出了一种基于拓扑层间耦合调节的芯片设计方法。该方法利用双层谷光子晶体的层间耦合强度来调节双层拓扑光子系统的哈密顿量:H = HT + HB + HTB

    其中HT和HB分别表示顶部和底部光子晶格的哈密顿量,而HTB用于描述由于层间耦合而产生的哈密顿量。

    通过调节层间距离,可以有效地控制系统处于耦合态或解耦态,并通过调节层间耦合哈密顿量HTB来控制光子系统的拓扑相变。由于体-边的对应关系,相变前后的拓扑边态可以分布在不同的空间路径上。

(a)光子传输系统的实验装置,承载单子信道2.5 GHz宽带16-QAM信号。(b)在芯片中实现的传输数据速率和BER之间的关系。(b)的插图显示了低于HD-FEC阈值的所发送的16-QAM信号的星座图,其由红色和蓝色星标记。出处:Science China Press

    为了验证该技术方案在下一代通信中的潜在应用价值,研究团队对该芯片的太赫兹通信性能进行了相关测试。该复用芯片分别在120 GHz和130 GHz两个可切换通道上实现10 Gbps和12 Gbps 16-QAM信号传输,可用带宽分别为2.5 GHz和3 GHz。

    该工作丰富了太赫兹在片通道操纵的方法,进一步推动了拓扑光子学在先进通信系统和器件中的应用,并可能在双层和多层拓扑系统中激发出更多新颖的物理机制和现象。

 
 

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