ข่าวอุตสาหกรรม: เทคโนโลยีการสื่อสาร 6G ก้าวล้ำไปอีกขั้น!

ศาสตราจารย์วิธายชุมนันท์กุล กล่าวว่า "ตัวมัลติเพล็กเซอร์แบบโพลาไรเซชันที่เสนอมานี้ ช่วยให้สามารถส่งข้อมูลหลายกระแสพร้อมกันได้ภายในย่านความถี่เดียวกัน ซึ่งเป็นการเพิ่มความจุในการส่งข้อมูลเป็นสองเท่าอย่างมีประสิทธิภาพ" แบนด์วิดท์สัมพัทธ์ที่อุปกรณ์นี้ทำได้นั้นไม่เคยมีมาก่อนในย่านความถี่ใดๆ ซึ่งแสดงถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญสำหรับมัลติเพล็กเซอร์แบบรวมวงจร

อุปกรณ์มัลติเพล็กเซอร์แบบโพลาไรเซชันมีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบสื่อสารสมัยใหม่ เนื่องจากช่วยให้สัญญาณหลายสัญญาณสามารถใช้ย่านความถี่เดียวกันได้ ซึ่งช่วยเพิ่มความจุของช่องสัญญาณได้อย่างมาก

อุปกรณ์ใหม่นี้บรรลุเป้าหมายดังกล่าวโดยการใช้ตัวเชื่อมต่อทิศทางรูปทรงกรวยและวัสดุหุ้มตัวกลางที่มีประสิทธิภาพแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ส่วนประกอบเหล่านี้ช่วยเพิ่มการหักเหของแสงตามทิศทางของโพลาไรเซชัน ส่งผลให้มีอัตราส่วนการลดทอนโพลาไรเซชัน (PER) สูงและแบนด์วิดท์กว้าง ซึ่งเป็นคุณลักษณะสำคัญของระบบสื่อสารเทราเฮิร์ตซ์ที่มีประสิทธิภาพ

แตกต่างจากดีไซน์แบบดั้งเดิมที่อาศัยตัวนำคลื่นแบบไม่สมมาตรที่ซับซ้อนและขึ้นอยู่กับความถี่ มัลติเพล็กเซอร์แบบใหม่นี้ใช้วัสดุหุ้มแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันโดยมีความขึ้นอยู่กับความถี่เพียงเล็กน้อย วิธีนี้ใช้ประโยชน์จากแบนด์วิดท์ที่กว้างขวางของตัวเชื่อมต่อทรงกรวยได้อย่างเต็มที่

ผลลัพธ์ที่ได้คือแบนด์วิดท์แบบเศษส่วนที่ใกล้เคียง 40% ค่า PER เฉลี่ยเกิน 20 dB และการสูญเสียการแทรกต่ำสุดประมาณ 1 dB ตัวชี้วัดประสิทธิภาพเหล่านี้เหนือกว่าการออกแบบทางด้านแสงและไมโครเวฟที่มีอยู่เดิม ซึ่งมักประสบปัญหาแบนด์วิดท์แคบและการสูญเสียสูง

ผลงานของทีมวิจัยไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพของระบบเทราเฮิร์ตซ์เท่านั้น แต่ยังวางรากฐานสำหรับยุคใหม่ของการสื่อสารไร้สายอีกด้วย ดร. เกา กล่าวว่า "นวัตกรรมนี้เป็นตัวขับเคลื่อนสำคัญในการปลดล็อกศักยภาพของการสื่อสารเทราเฮิร์ตซ์" แอปพลิเคชันต่างๆ ได้แก่ การสตรีมวิดีโอความละเอียดสูง เทคโนโลยีความจริงเสริม และเครือข่ายมือถือยุคใหม่ เช่น 6G

โซลูชันการจัดการโพลาไรเซชันเทราเฮิร์ตซ์แบบดั้งเดิม เช่น ทรานสดิวเซอร์โหมดตั้งฉาก (OMT) ที่ใช้ตัวนำคลื่นโลหะรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า มีข้อจำกัดที่สำคัญหลายประการ ตัวนำคลื่นโลหะมีค่าการสูญเสียโอห์มิกเพิ่มขึ้นที่ความถี่สูง และกระบวนการผลิตมีความซับซ้อนเนื่องจากข้อกำหนดทางเรขาคณิตที่เข้มงวด

อุปกรณ์มัลติเพล็กเซอร์แบบโพลาไรเซชันเชิงแสง ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์ที่ใช้ตัวแทรกสอดแบบ Mach-Zehnder หรือผลึกโฟตอนิกส์ มีข้อดีในด้านความสามารถในการรวมวงจรที่ดีกว่าและการสูญเสียที่ต่ำกว่า แต่โดยทั่วไปแล้วมักต้องแลกเปลี่ยนระหว่างแบนด์วิดท์ ความกะทัดรัด และความซับซ้อนในการผลิต

ตัวเชื่อมต่อทิศทาง (Directional couplers) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบออปติคอล และต้องการการหักเหของแสงแบบโพลาไรซ์ที่สูงเพื่อให้ได้ขนาดกะทัดรัดและอัตราส่วนโพลาไรซ์ต่อค่าสายตา (PER) สูง อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของมันคือแบนด์วิดท์ที่แคบและความไวต่อความคลาดเคลื่อนในการผลิต

มัลติเพล็กเซอร์รุ่นใหม่นี้ผสานข้อดีของตัวเชื่อมต่อทิศทางทรงกรวยและวัสดุหุ้มตัวกลางที่มีประสิทธิภาพเข้าด้วยกัน ช่วยเอาชนะข้อจำกัดเหล่านั้นได้ วัสดุหุ้มแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันแสดงให้เห็นถึงการหักเหของแสงอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้มั่นใจได้ว่ามีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (PER) สูงในช่วงความถี่กว้าง หลักการออกแบบนี้ถือเป็นการเปลี่ยนแปลงจากวิธีการแบบดั้งเดิม โดยนำเสนอโซลูชันที่ปรับขนาดได้และใช้งานได้จริงสำหรับการรวมระบบเทราเฮิร์ตซ์

การตรวจสอบเชิงทดลองของมัลติเพล็กเซอร์ยืนยันถึงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม อุปกรณ์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วง 225-330 GHz โดยมีแบนด์วิดท์แบบเศษส่วน 37.8% ในขณะที่รักษาค่า PER ให้อยู่เหนือ 20 dB ขนาดที่กะทัดรัดและความเข้ากันได้กับกระบวนการผลิตมาตรฐานทำให้เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก

ดร.เกา กล่าวว่า "นวัตกรรมนี้ไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพของระบบสื่อสารเทราเฮิร์ตซ์เท่านั้น แต่ยังปูทางไปสู่เครือข่ายไร้สายความเร็วสูงที่มีประสิทธิภาพและน่าเชื่อถือยิ่งขึ้นอีกด้วย"

ศักยภาพในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ไม่ได้จำกัดอยู่แค่ระบบสื่อสารเท่านั้น ด้วยการปรับปรุงการใช้คลื่นความถี่ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น มัลติเพล็กเซอร์สามารถผลักดันความก้าวหน้าในด้านต่างๆ เช่น เรดาร์ การถ่ายภาพ และอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) ศาสตราจารย์วิษณุณกุลกล่าวว่า "ภายในหนึ่งทศวรรษ เราคาดว่าเทคโนโลยีเทราเฮิร์ตซ์เหล่านี้จะถูกนำไปใช้และบูรณาการอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ"

นอกจากนี้ มัลติเพล็กเซอร์ยังสามารถผสานรวมเข้ากับอุปกรณ์บีมฟอร์มมิ่งรุ่นก่อนหน้าที่ทีมงานพัฒนาขึ้นได้อย่างราบรื่น ทำให้สามารถใช้งานฟังก์ชันการสื่อสารขั้นสูงบนแพลตฟอร์มเดียวกันได้ ความเข้ากันได้นี้เน้นให้เห็นถึงความอเนกประสงค์และความสามารถในการขยายขนาดของแพลตฟอร์มท่อนำคลื่นไดอิเล็กทริกหุ้มด้วยตัวกลางที่มีประสิทธิภาพ

ผลการวิจัยของทีมได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Laser & Photonic Reviews ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญของผลการวิจัยในการพัฒนาเทคโนโลยีโฟโตนิกส์เทราเฮิร์ตซ์ ศาสตราจารย์ฟูจิตะกล่าวว่า "ด้วยการเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคที่สำคัญ นวัตกรรมนี้คาดว่าจะกระตุ้นความสนใจและกิจกรรมการวิจัยในสาขานี้"

นักวิจัยคาดการณ์ว่างานวิจัยของพวกเขาจะสร้างแรงบันดาลใจให้เกิดการประยุกต์ใช้ใหม่ ๆ และการพัฒนาเทคโนโลยีเพิ่มเติมในอีกหลายปีข้างหน้า ซึ่งจะนำไปสู่ต้นแบบและผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ในที่สุด

อุปกรณ์มัลติเพล็กเซอร์นี้แสดงถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการปลดล็อกศักยภาพของการสื่อสารในย่านความถี่เทราเฮิร์ตซ์ มันสร้างมาตรฐานใหม่สำหรับอุปกรณ์เทราเฮิร์ตซ์แบบรวมวงจรด้วยประสิทธิภาพที่ไม่เคยมีมาก่อน

เนื่องจากความต้องการเครือข่ายการสื่อสารความเร็วสูงและมีความจุสูงยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง นวัตกรรมดังกล่าวจึงจะมีบทบาทสำคัญในการกำหนดอนาคตของเทคโนโลยีไร้สาย