Thiết bị bức xạ sóng cho phép truyền dữ liệu đi nhanh gấp hơn 100 lần

Bức xạ terahertz hay bức xạ têrahéc (bức xạ terahertz, sóng terahertz, ánh sáng terahertz, T-rays, T-light, T-lux và THz) là một loại tia bức xạ điện từ có tần số nằm trong vùng phạm vi 300 gigahéc (3×1011 Hz) và 3 têrahéc (3×1012 Hz), nằm trong dải sóng 1 milimét và 100 micrômét). Công trình nghiên cứu mới này đã được đăng trên tạp chí Nature và tạp chí Scientific Reports.

“Một trong những đột phá lớn trong công nghệ terahertz là thông tin liên lạc không dây. Chúng tôi tin rằng đây là phép minh chứng đầu tiên của bộ chia công suất băng thông rộng có thể thay đổi được cho sóng tần số terahertz. Đây có thể là một thiết bị nền tảng để ứng dụng trong mạng terahertz”, Kimberly Reichel, nghiên cứu sinh bậc sau tiến sĩ tại Trường Kỹ thuật Brown, người đứng đầu công trình nghiên cứu phát triển thiết bị này cho biết.

Thiết bị này có thể có nhiều ứng dụng, như là một thành phần trong các router terahertz để có thể gửi các gói dữ liệu cho nhiều máy tính, giống như các cầu dẫn trong các mạng không dây hiện nay.

Mạng di động và không dây hiện nay đều sử dụng sóng vi ba (microwave - một dạng bức xạ điện từ có tần số chỉ vài gigahertz), vì vậy dung lượng dữ liệu mà có thể truyền trên sóng viba bị giới hạn do tần số. Sóng Terahertz (có dải từ 100 đến 10.000 GHz trên quang phổ điện từ) có tần số cao hơn, do đó cho phép truyền được nhiều dữ liệu hơn trong cùng một khoảng thời gian. Tuy nhiên, cho đến nay terahertz không nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học và nhà nghiên cứu, vì vậy rất nhiều thành phần cơ bản cho mạng thông tin liên lạc terahertz hoàn toàn không tồn tại.

Daniel Mittleman, giáo sư trường Kỹ thuật Brown, đã nghiên cứu phát triển thành công một số thành phần chủ chốt. Mới đây, phòng thí nghiệm của ông đã phát triển được hệ thống đầu tiên cho gép kênh và giải mã kênh terahertz-một phương pháp truyền nhiều tín hiệu thông qua một môi trường đơn và sau đó phân tách chúng quay ngược trở lại theo hướng khác. Phòng thí nghiệm của ông cũng đã tạo ra được một loại thấu kính mới cho việc điều tiêu sóng terahertz.

Mỗi thành phần Mittleman đã phát triển sử dụng các dải dẫn sóng song song có thể được điều khiển theo các hướng. “Chúng tôi đang phát triển một nhóm công cụ dẫn sóng mà có thể tích hợp để tạo ra quá trình xử lý tín hiệu tương thích mà một thiết bị nào đó sẽ cần để liên kết mạng. Bộ tách công suất là thành phần khác của nhóm đó”, Mittleman, Reichel và Rajind Mendis cho biết.

Thiết bị mới bao gồm một số ống dẫn sóng được sắp xếp để tạo thành một khớp nối chữ T. Tín hiệu khi truyền qua chân chữ T được tách bởi một vách ngăn hình tam giác ở khớp nối, vì vậy, một phần tín hiệu truyền xuống hai nhánh. Hình dáng (tam giác) của vách ngăn có tác dụng làm giảm thiểu lượng bức xạ phát ra phản chiếu trở lại xuống chân chữ T, nhờ đó, giúp hạn chế tình trạng mất tín hiệu. Vách ngăn có thể dễ dàng được điều chỉnh sang trái hoặc phải nhằm thay đổi điện năng ở hai nhánh của chữ Y. “Với thiết kế này, tỉ lệ phân chia điện năng qua hai nhanh chữ Y có thể thay đổi đáng kể, từ 50/50 thành 95/5”, Reichel cho biết.

Đối với thiết bị trong giai đoạn bằng chứng khái niệm (proof-of-concept), vách ngăn ống dẫn sóng được chế tác bằng tay, Tuy nhiên Mittleman cho biết quá trình xử lý có thể dễ dàng được cơ giới hóa để có thể chuyển đổi động lực của công suất đầu vào cho mỗi kênh. Điều đó có thể cho phép thiết bị được hợp nhất trong cầu dẫn terahertz.

Các nhà nghiên cho biết họ sẽ tiếp tục nghiên cứu thiết bị mới này và sẽ tiến hành kiểm tra các tỷ lệ lỗi khi các luồng dữ liệu gửi qua thiết bị.

“Mục tiêu của nghiên cứu này là để chứng minh rằng chúng ta có thể thực hiện việc chuyển mạch công suất với một hệ thống dải dẫn sóng song song. Chúng tôi muốn chứng minh vật lý học cơ bản và sau đó tinh chỉnh các thiết kế”, Mittleman nói.

P.T.T – NASATI (Theo Phys)