Сегодня 26 сентября 2017
18+
Теги → терагерц

Японцы построили терагерцевую сеть со скоростью 100 Гбит/с

По сообщению источника, группе японских учёных удалось построить беспроводную сеть со скоростью передачи данных 100 Гбит/с. Такое достижение стало возможным благодаря использованию частотного диапазона свыше 300 ГГц (с этой отметки начинается терагерцевое излучение), а также квадратурной амплитудной модуляции.

kumunetworks.com

kumunetworks.com

На сегодняшний день типичные скорости в беспроводных сетях достигают сотен мегабит в секунду, а в лучшем случае — около нескольких гигабит в секунду. Есть также концепции сетей следующего поколения 5G, в которых скорости могут достигать десятки Гбит/с. По мнению профессора Университета Хиросимы Минору Фудзисимы (Minoru Fujishima), уже скоро мы сможем говорить о скоростях порядка несколько терабит в секунду. Такие возможности предлагают терагерцевые технологии. Учёный настроен весьма оптимистично. Его команда планирует разработать схемы терагерцевого приёмника, а также схемы модуляции и демодуляции, которые можно будет использовать в сверхскоростных коммуникациях.

kumunetworks.com

kumunetworks.com

Но без ложки дёгтя не обойдётся. В предыдущих подобных исследованиях максимальная скорость передачи информации достигалась только на расстоянии около 10 см. Кроме того, с переходом в сверхвысокочастотный диапазон возникают проблемы при прохождении волн сквозь препятствия. Что касается нового исследования, то достигнутая дальность связи не уточняется. Отметим лишь, что терагерцевый диапазон на данный момент не рассматривается серьёзно для коммерческого применения и предназначен лишь для научных целей. Его будущее применение будет обсуждаться в 2019 году в ходе конференции WRC. 

Создан первый терагерцевый усилитель мощности

Знаменитое американское агентство оборонных проектов — Defense Advanced Research Project's (DARPA) — попало в Книгу рекордов Гиннесса с новым достижением: с усилителем мощности, работающим на частоте свыше 1 ТГц (терагерц). Это в сотни раз более высокие радиочастоты, чем те, которые сегодня распространены, скажем, в сотовой связи. Практическое внедрение подобных радиочастотных схем и элементов позволит поднять скорость передачи данных, создать радары нового поколения и целый спектр сканеров различной направленности. В качестве примера последних можно назвать устройства для замены рентгеновских аппаратов при зубных кабинетах, сканеры материалов (взрывчатки, радиоактивных и прочих) и «раздевающие» сканеры в аэропортах. Не зря ведь проект финансируется оборонным агентством США?

Продемонстрированный простой 10-каскадный усилитель мощности — это результат последнего, третьего этапа пятилетних разработок. На предыдущем этапе компания Northrop Grumman Corporation, которая является непосредственным разработчиком терагерцевого транзистора и усилителя, добилась устойчивой работы усилителя мощности на частоте 850 ГГц. Как и на предыдущем этапе, в «рекордной» схеме на частоте 1,012 ТГц по-прежнему используется транзистор на основе фосфида индия, а не кремния. Стабильный коэффициент усиления транзистора составляет 9 дБ, что даёт возможность использовать прибор в практической электронике.

Простой 10-каскадный усилитель мощности, работающий на частоте 1 ТГц

Простой 10-каскадный усилитель мощности, работающий на частоте 1 ТГц

В данный момент начинается следующий пятилетний раунд разработок, которые должны привести к покорению планки в 3 терагерца. Тем самым за десять лет исследований терагерцевый диапазон будет полностью покорён. Дальше идёт оптика, но это уже другая история.

Разработана высокоскоростная сверхчувствительная T-Wave-камера

Корпорация NEC совместно с Национальным институтом информации и коммуникационных технологий (National Institute of Information & Communications Technology, NICT) Японии разработала портативную камеру с высокой чувствительностью к терагерцевому (T-wave) электромагнитному излучению. Самая крупная часть устройства имеет длину всего 18 см. Для работы с ним не требуется специальное охлаждение. Матрица класса QVGA позволяет делать снимки с разрешением 320 х 240 с частотой 60 кадров/с. В отличие от нового продукта, имеющиеся сейчас на рынке камеры включают сложную оптику, имеют габариты метрового масштаба, а на получение одного снимка затрачивают несколько секунд.
Камера T-wave
NEC надеется коммерциализировать разработку в ближайшем будущем, сделав использование T-wave практичным. Источник в компании сообщил, что не составит труда увеличить разрешение до 640 х 480. В недрах NICT уже создан квантовый каскад лазеров как источник излучения для волн в терагерцевом диапазоне. Спектр этих волн лежит между субмиллиметровым (радио) и глубоким инфракрасным излучением. В области устройств видимого и радиодиапазона наблюдается устойчивый прогресс, тогда как применению T-wave уделяется недостаточное внимание. Причины просты: такие частоты считались слишком высокими для электронных технологий и полупроводников. Тем не менее, исследования в области T-wave продвигаются благодаря потенциальным возможностям использования этих электромагнитных волн в сверхвысокоскоростных (около 100 Гбит/с) беспроводных коммуникациях.
Терагерцевый диапазон
Препятствием в работе NEC и NICT был видимый диапазон волн. Осенью 2006 года NEC отметила, что её инфракрасная камера чувствительна к терагерцевым волнам частотой около 3 ТГц. Тем не менее, чувствительность оставалась очень низкой. Тогда инженеры копании модифицировали оптику. Обычные линзы, производимые из монокристаллического германия, были заменены на тонкую плёнку из высокочистого кремния и парилена. Согласно информации эксперта в Подразделении направлений и электрооптики (Guidance & Electro-Optics Division) NEC Наоки Ода (Naoki Oda), это увеличило проницаемость оптики с 30% до 95%. Конструкция устройства осталась неизменной, но в дополнение к описанной модификации оптический сенсор был покрыт тонкой металлической плёнкой, увеличившей чувствительность к T-wave в 6-10 раз. В общей сложности параметр вырос в 100 раз по сравнению с представленными на рынке образцами.
Камера T-wave
Устройство фиксирует электромагнитные волны, используя болометрический принцип. Отдельные пиксели формируются размещением плёнки из оксида ванадия на основе из плёнки нитрида кремния, произведённой с применением технологии микроэлектромеханических систем (MEMS). Когда волны поглощаются, температура плёнки растёт, изменяя электрическое сопротивление. В большинстве сенсоров используются полупроводники вроде арсенида галлия (GaAs) или фосфида индия (InP), но они способны обнаружить только субмиллиметровые волны ниже 0,5 ТГц и, к тому же, дорогостоящи. Новая разработка решает эти проблемы. Область применения камеры – анализ протеинов и других материалов, проверка почты. Исследователи ожидают, что теперь выполнение некоторых задач будет занимать всего секунды, а не часы, как ранее, например, при точной идентификации вируса гриппа или полной проверки импортной замороженной продукции. Тем не менее, высокоскоростные коммуникации требуют дальнейшей разработки технологии. Материалы по теме: - Hitachi разработала 3-мм модуль идентификации по сосудам пальца;
- Военные работают над 2,3-Гп камерой;
- Разработан крупнейший инфракрасный 16-Мп сенсор.

26 ГГц: новый рекорд графеновых транзисторов IBM

Учёные из исследовательского центра IBM имени Томаса Уотсона (IBM's Thomas J. Watson Research Center) в Йорктауне, штат Нью-Йорк, ещё на один шаг приблизили эпоху использования графена в качестве альтернативы кремнию, применяемому для производства полупроводников. Согласно сообщению из лаборатории IBM Research, исследователями взята очередная планка в разработке графеновых транзисторов: самый быстрый графеновый полевой транзистор (FET, field-effect transistor) нынче работает на частотах вплоть до 26 ГГц. Напомним что открытый в 2004 году наноматериал под названием графен (Graphene) сформирован из "сотовой" решётки атомов углерода атомарной толщины. По сути, структура графена очень похожа на строение нанотрубок, с той лишь разницей, что в отличие от трудоёмких в производстве нанотрубок с сотовой структурой, графеновые транзисторы формируются путём тонкоплёночного осаждения атомов углерода с помощью традиционных литографических инструментов. Как выяснилось, графен – это не только превосходное сырьё для создания нового поколения полупроводников, значительно более компактных чем современные кремниевые чипы, но также замечательный материал для достижения более высоких тактовых частот, до 100 ГГц и выше – вплоть до терагерца, главным образом, благодаря высокой мобильности электронов углерода.
IBM Research Graphene
По словам исследователей, нынешний 26 ГГц рекорд достигнут при 150-нм длине затвора графеновового транзистора. Это достаточно большой затвор даже по меркам современных кремниевых полупроводников, запас масштабирования просто огромный. Учёные логично полагают, что уменьшение длины затвора приведёт к росту пиковой частоты, и, таким образом, терагерцевый графеновый транзистор будет создан при длине затвора примерно 50 нанометров. Сейчас для производства графеновых транзисторов в IBM используют пластины с SOI (silicon-on-insulator). Благодаря применению технологии послойного осаждения углерода учёным из IBM уже удалось обойти ключевую проблему возникновения паразитных шумов, возникающих вследствие использования узких полос графена в качестве каналов транзистора. Цель исследований учёных IBM – достижение частот терагерцового порядка для использования в коммуникационных устройствах миллиметрового диапазона. Частичный спонсор проекта - Агентство перспективных исследований Министерства США (DARPA), также надеется с помощью этих исследований начать практическое использование миллиметрового (W-band). Следующая цель исследователей из IBM – поиск материалов для изолятора затворов графеновых транзисторов, более подходящих для терагерцовых частот. Материалы по теме: - Из графена создана самая тонкая в мире мембрана;
- IBM разрабатывает сервисы для смартфонов;
- Графен позволит создавать транзисторы толщиной в один атом.

Разработана система передачи терагерцового излучения

Как известно, спектр электромагнитных волн включает в себя следующие составляющие: гамма-лучи, рентгеновское излучение, ультрафиолет, видимый свет, инфракрасный свет, микроволны и радиоволновое излучение. На данный момент для передачи информации в большинстве случаев используются как радиоволны, микроволны, так и оптическое излучение, и практически неиспользуемым остается диапазон электромагнитных волн в десятки-единицы терагерц, или дальнее инфракрасное излучение (так называемые T-волны, T-ray). На данный момент необходимости в освоении указанного диапазона нет, но в будущем, с появлением «терагерцовых» компьютеров, специализированных сенсоров и сканеров пока свободный частотный диапазон будет использоваться. И базу для работы с системами передачи информации на указанных частотах необходимо разрабатывать уже сегодня, чем и занимаются сотрудники университета Юты во главе с Аджай Нахата (Ajay Nahata). Согласно поступившей информации, исследователям удалось сконструировать волновод для дальнего инфракрасного излучения, который впоследствии может использоваться для передачи сигнала из одной точки в другую или распределять сигнал по интегральной микросхеме. Как ни странно, конструкция волновода отличается относительной простотой, и представляет собой набор пластин стальной фольги длиной около 10 см, шириной около 2,5 см и толщиной в 625 мкм. Каждая пластина имеет набор перфорированных отверстий прямоугольной формы размерами 500х50 мкм, которые и формируют «проводник» для инфракрасного излучения. В зависимости от взаимного расположения отверстий, ученым удавалось передавать излучение в определенном направлении (отверстия формируют прямую линию); раздваивать сигнал (расположение отверстий в форме латинской Y) и соединения двух линий передачи сигнала. В последнем случае два канала передачи излучения максимально приближаются друг к другу, но не пересекаются, образуя тем самым подобие латинской X (вариант показан на иллюстрации).
Волновод
Ученые рапортовали об успешном эксперименте по передаче данных вдоль волновода, а также осуществляли изменение направления передачи сигнала. Интересно отметить, что размеры отверстий выбраны отнюдь не случайно, а непосредственно зависят от частоты используемого излучения, причем исследователи работали с волнами частотой от 0,3 терагерц до 10 терагерц. Разумеется, сделан лишь первый шаг в направлении развития вычислительных систем, оперирующих частотами в десятые и единицы терагерц, ведь предстоит еще сконструировать активные элементы, переключатели, транзисторы и модуляторы, работающие с указанным спектром электромагнитных волн. Когда же появятся полноценные «терагерцовые» компьютеры сказать пока не может никто. Материалы по теме: - Интернет в 10 тысяч раз быстрее;
- Водородно-кремниевые соединения – новый тип сверхполупроводников;
- IBM научилась подавлять шум в графеновых наноэлементах .

Создан транзистор с пиковой рабочей частотой 1 терагерц

В последние годы компании, выпускающие процессоры, сосредотачивают усилия скорее на увеличении количества ядер, чем на росте рабочей частоты чипов. Впрочем, это совсем не означает, что работы над созданием все более быстродействующих компонентов не ведутся. Так, компания Northrop Grumman заявила о разработке транзистора, частота работы которого может достигать 1 терагерц. Транзистор с высокой подвижностью электронов (High Electron Mobility Transistor, HEMT) был создан на базе фосфида индия, способного обеспечить гораздо лучшие частотные характеристики, чем массово применяемые в полупроводниковом оборудовании кремниевые соединения. Справедливости ради необходимо отметить, что частота в 1 терагерц для созданного транзистора является теоретически максимально достижимой, а средние значения значительно меньше, хотя и они все еще на два порядка перекрывают показатели лучших на сегодняшний день кремниевых транзисторов, работающих в составе процессорных ядер. В ходе тестов компания продемонстрировала схему трехкаскадного малошумящего усилителя миллиметрового диапазона, работающего на частоте 350 ГГц с коэффициентом усиления более чем 15 дБ. Кроме того, прикладное применение разработанного сверхскоростного транзистора весьма ограничено, и его разработчики не предусматривают использование своего детища в качестве основы для нового поколения процессоров. Планируется, что помимо применения в военном оборудовании, новый HEMT-транзистор сможет выступать компонентом устройств атмосферного мониторинга, датчикам которых необходимо работать на частотах от 80 ГГц до 250 ГГц. Еще одна потенциальная область для использования HEMT-транзисторов – трансмиттеры беспроводных интерфейсов HDTV, где требуется поддержка частоты 60 ГГц. Согласно заявлению Northrop Grumman, за счет небольшого количества выпускаемой продукции компания может удовлетворить заказы, используя собственные производственные мощности. Утверждается, что для изготовления транзисторов используются 35-нм нормы производства. Вместе с тем, сообщает компания, несмотря на самые передовые характеристики изделия, его себестоимость остается относительно низкой, поскольку стоимость необходимого производственного оборудования куда меньше, чем, например, расходы, связанные со строительством заводов по производству процессоров. Материалы по теме: - Транзисторы Fujitsu: 100 лет при T=200°C;
- IDF Fall 2006: R&D брифинг.