Terahertz-bandet är ett gapband mellan mikrovågsugn och infraröd, och har visat stor applikationspotential inom många banbrytande informationsfält som 6G-kommunikation. Terahertz kiselbaserad fotonik har många fördelar såsom hög överföringseffektivitet och är en effektiv plattform för att realisera terahertz-enheter.
Men hur man implementerar enheter med rikare funktioner i terahertz-bandet eller utökar enhetskontrollmöjligheter är fortfarande ett hett forskningsämne inom terahertz-integrerad fotonik.
I en studie publicerad i tidskriften National Science Review , föreslog forskare en chipdesignmetod baserad på topologisk mellanskiktskopplingsreglering. Denna metod använder mellanskiktskopplingsstyrkan för den fotoniska kristallen i tvåskiktsdalen för att reglera Hamiltonian för det topologiska fotoniska systemet med två skikt:
H =HT + HB + HTB
Där HT och HB representerar Hamiltonian för det övre respektive nedre fotoniska gittret, medan HTB används för att beskriva Hamiltonian som genereras på grund av mellanskiktskoppling.
Genom att reglera avståndet mellan skikten kan systemet effektivt styras till att vara i ett kopplat tillstånd eller ett frånkopplat tillstånd, och mellanskiktskopplingen Hamiltonian HTB kan justeras för att kontrollera de topologiska fasövergångarna i det fotoniska systemet. På grund av bulk-kantkorrespondensen kan de topologiska kanttillstånden före och efter fasövergången fördelas i olika rumsliga banor.
För att verifiera det potentiella tillämpningsvärdet för den tekniska lösningen i nästa generations kommunikation, genomförde forskargruppen relevanta tester på terahertz-kommunikationsprestanda hos chipet. Multiplexeringschippet uppnår 10 Gbps och 12 Gbps 16-QAM signalöverföring på två omkopplingsbara kanaler på 120 GHz respektive 130 GHz, med tillgängliga bandbredder på 2,5 GHz respektive 3 GHz.
Detta arbete berikar metoderna för terahertz on-chip kanalmanipulation, främjar ytterligare tillämpningen av topologisk fotonik i avancerade kommunikationssystem och enheter, och kan inspirera till fler nya fysiska mekanismer och fenomen i tvåskiktiga och flerskiktiga topologiska system.
Mer information: Hang Ren et al, Terahertz flexibelt multiplexeringschip som möjliggörs av syntetiska topologiska fasövergångar, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae116
Tillhandahålls av Science China Press
