這項技術(shù)比5G還要快十倍

 研究人員已經(jīng)研發(fā)出一種太赫茲(THz)發(fā)射器，該發(fā)射器的數(shù)據(jù)傳輸速度要比5G至少快10倍，而該技術(shù)有望在2020年實現(xiàn)應(yīng)用。

為期五天的2017國際固態(tài)電路會議(ISSCC)將于2月5號到9號在加利福尼亞州的舊金山舉行，根據(jù)安排，太赫茲發(fā)射器將會在這次電路會議上被展示，這種傳送機能夠?qū)⒁粋€DVD上的全部內(nèi)容瞬間發(fā)送完畢。

(編者注：太赫茲頻率是一種新的巨大頻率資源，有望在未來應(yīng)用于超高速無線通信。)

Minoru Fujishima是日本廣島大學(xué)的教授，也是太赫茲研究者之一。他說：“太赫茲也能與衛(wèi)星進行超高速連接，而與衛(wèi)星的連接，只能通過無線。這也有好處，比如，它極大地促進了動態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接的發(fā)展。其它可能的應(yīng)用包括快速將資源下載到移動設(shè)備，基站之間實現(xiàn)超快速無線連接。”

據(jù)了解，該研究小組研發(fā)的是一款頻率在290GHz到315GHz的發(fā)射器，能夠?qū)崿F(xiàn)105Gbps的通信速度。

雖然這個范圍的頻段現(xiàn)在還沒有被分配，但值得注意的是它處于275GHz到450GHz范圍內(nèi)，該頻段將在國際電信聯(lián)盟無線電通信部門組織的2019世界無線電大會上進行討論。

雷鋒網(wǎng)還了解到，去年該研發(fā)小組就曾向大家展示了通過使用正交調(diào)幅(QAM)大幅提高300GHz頻率的無線連接速度的研究成果。今年，他們展示的是更快的發(fā)射器，單個通道數(shù)據(jù)速率比之前快六倍。作為集成電路發(fā)射器，它首次實現(xiàn)單個通道速率超過100Gbps.

“今年我們新研發(fā)的發(fā)射器，傳送功率比之前的要高十倍。這使得300GHz的單個通道數(shù)據(jù)速率超過100Gbit/s成為可能。”Fujishima如此表示。

他還說道：“我們通常討論兆位每秒或吉比特每秒的無線數(shù)據(jù)傳輸速率，但是現(xiàn)在我們正接近利用簡單的單一通信通道實現(xiàn)太比特每秒的傳輸速率。”

接下來，廣島大學(xué)、日本國家信息與通信研究所以及松下電器的研究小組計劃進一步研發(fā)300GHz的超高速無線電路。

太赫茲的歷史

早期太赫茲在不同的領(lǐng)域有不同的名稱，在光學(xué)領(lǐng)域被稱為遠紅外，而在電子學(xué)領(lǐng)域，則稱其為亞毫米波、超微波等。在20世紀80年代中期之前，太赫茲波段兩側(cè)的紅外和微波技術(shù)發(fā)展相對比較成熟，但是人們對太赫茲波段的認識仍然非常有限，形成了所謂的“THz　Gap”。

2004年，美國政府將THz科技評為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一，而日本于2005年1月8日更是將THz技術(shù)列為“國家支柱十大重點戰(zhàn)略目標(biāo)”之首，舉全國之力進行研發(fā)。

我國政府在2005年11月專門召開了“香山科技會議”，邀請國內(nèi)多位在THz研究領(lǐng)域有影響的院士專門討論我國THz事業(yè)的發(fā)展方向，并制定了我國THz技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃。目前國內(nèi)已經(jīng)有多家研究機構(gòu)開展太赫茲領(lǐng)域的相關(guān)研究，其中首都師范大學(xué)，是入手較早，投入較大的一家，并且在毒品和炸藥太赫茲光譜、成像和識別方面，利用太赫茲對非極性航天材料內(nèi)部缺陷進行無損檢測方面做出了許多開拓性的工作，同時由于太赫茲射線在安全檢查方面的獨特優(yōu)勢，首都師范大學(xué)太赫茲實驗室正集中力量研發(fā)能夠用于實景測試的安檢原型設(shè)備。另外，美國、歐洲、亞洲、澳大利亞等許多國家和地區(qū)政府、機構(gòu)、企業(yè)、大學(xué)和研究機構(gòu)紛紛投入到THz的研發(fā)熱潮之中。THz研究領(lǐng)域的開拓者之一，美國著名學(xué)者張希成博士稱：“Next ray，T-Ray !

特點

人們關(guān)注THz技術(shù)的原因是THz射線普遍存在，是人們認識自然界的有效線索和工具。但是相對于其他波段的電磁波比如紅外和微波，對它的認識和應(yīng)用非常匱乏。其次，THz射線有它自身的特點。

THz 脈沖的典型脈寬在皮秒量級，不但可以方便地進行時間分辨的研究，而且通過取樣測量技術(shù)，能夠有效地抑制遠紅外背景噪聲的干擾。目前，脈沖THz 輻射通常只有較低的THz 射線平均功率，但是由于THz 脈沖有很高的峰值功率，并且采用相干探測技術(shù)獲得的是THz 脈沖的實時功率而不是平均功率，因此有很高的信噪比。目前，在時域光譜系統(tǒng)中的信噪比可達10^5或更高。

THz 脈沖源通常只包含若干個周期的電磁振蕩，單個脈沖的頻帶可以覆蓋從GHz 直至幾十THz 的范圍，許多生物大分子的振動和轉(zhuǎn)動能級，電介質(zhì)、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、薄膜材料等的聲子振動能級落在THz 波段范圍。因此THz 時域光譜技術(shù)作為探測材料在THz 波段信息的一種有效的手段，非常適合于測量材料吸收光譜，可用于進行定性鑒別的工作。

THz 光子的能量低，頻率為1THz的光子能量只有約4毫電子伏特，因此不容易破壞被檢測物質(zhì)。

許多的非金屬非極性材料對THz 射線的吸收較小，因此結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)，使得探測材料內(nèi)部信息成為可能。例如，陶瓷，硬紙板，塑料制品，泡沫等對THz 電磁輻射是透明的，因此THz 技術(shù)可以作為x射線的非電離和相干的互補輻射源，用于機場、車站等地方的安全監(jiān)測，比如探查隱藏的走私物品包括槍械、爆炸物、和毒品等，以及用于集成電路焊接情況的檢測等。極性物質(zhì)對THz 電磁輻射的吸收比較強，特別是水，THz 光譜技術(shù)中應(yīng)采取各種措施避免水分的影響，不過在THz 成像技術(shù)中，可以利用這一特性分辨生物組織的不同狀態(tài)，比如動物組織中脂肪和肌肉的分布，診斷人體燒傷部位的損傷程度，及植物葉片組織的水分含量分布等。太赫茲成像技術(shù)與其他波段的成像技術(shù)相比，它所得到的探測圖像的分辨率和景深都有明顯的增加(超聲、紅外、X-射線技術(shù)也能提高圖像分辨率，但是毫米波技術(shù)卻沒有明顯的提高)。另外太赫茲技術(shù)還有許多獨特的特性，如在非均勻的物質(zhì)中有較少的散射，能夠探測和測量水汽含量等等。

太赫茲光譜技術(shù)不僅信噪比高，能夠迅速地對樣品組成的細微變化作出分析和鑒別，而且太赫茲光譜技術(shù)是一種非接觸測量技術(shù)，使它能夠?qū)Π雽?dǎo)體、電介質(zhì)薄膜及體材料的物理信息進行快速準確的測量。鑒于THz射線的特點，必將給通信、雷達、天文、醫(yī)學(xué)成像、生物化學(xué)物品鑒定、材料學(xué)、安全檢查等領(lǐng)域帶來深遠的影響，進而改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活。