最新研究計劃利用光子技術解決無線和頻寬限制問題

Optica Foundation 挑戰賽引進以解決新興數據需求為導向的研究

• 授予兩個研究團隊 20 萬美元資金，用於解決全球無線和頻寬問題
• 為無線通訊引進太赫茲技術
• 管理當今數據需求

華盛頓2023年12月11日 /美通社/ — Optica Foundation 今天發佈了由 2023 Optica Foundation 挑戰賽資助的數據通訊研究的更多詳情。美國哈佛大學約翰•保爾森工程與應用科學學院研究員 Ahmed Dorrah 和香港科技大學 Ying Xue 的研究成果將展示應對新出現的數據和頻寬限制的獨特對策。

挑戰賽遴選委員會主席 Alan Willner 表示：「隨著對高速數據傳輸的需求急劇增加，通訊網絡需要以節能、安全和具有成本效益的方式適應這種技術進步，Dorrah 博士和 Xue 博士從不同的高度創新角度解決這些基本問題，包括減少與自由空間光學和光子積體電路相關的限制。」

這兩項研究工作都得到了 Optica Foundation 10 萬美元贈款的支持，Dorrah 和 Xue 將利用這些資金以下列方式推進他們的研究：

用於無線通訊的新光程 

• 美國哈佛大學約翰•保爾森工程與應用科學學院研究員 Ahmed Dorrah 
  利用元表面進行太赫茲通訊的結構光生成和感測 
  研究摘要 

  由於不受物理連接的阻礙，自由空間光學在無線通訊領域大有可為 ，因此全球自由空間光學 (FSO) 通訊市場預計到 2030 年將達到 70 億美元，年複合成長率為 30%。太赫茲 (THz) 輻射可提供比目前無線標準更大的頻寬，且外部影響極小，有望加強 FSO 通訊的應用。然而，由於缺乏價格適中、具備檢測和讀取光訊號的正確屬性的相機，這種技術的發展受到了阻礙。

  美國哈佛大學約翰保爾森工程與應用科學學院研究員 Ahmed Dorrah 在其研究中尋求解決這些問題的答案。透過開發感應和產生太赫茲波束的高效方案，Dorrah 相信他可以將太赫茲波束用於自由空間光通信 (FSO) 通訊及其他領域。

  Dorrah 建議應用元表面或設計用於控制光線的平面光學結構，將任何一維太赫茲功率探測器陣列轉換為捕捉光訊號的全二維波前相機。本質上，元表面對進入的光線執行一系列操作，並將結果投射到功率檢測器上，從而以高解像度和寬頻全面讀取太赫茲光束的輪廓。

  Dorrah 表示：「太赫茲範圍有可能在自由空間取得巨大成功，因為其擁有比微波更寬的頻寬，可以實現新一代無線通訊，包括 6G 通訊。在學術層面，我希望能激勵其他從事可見光結構光研究的人，嘗試開發優雅而經濟實惠的太赫茲結構光技術。」

  作為第一步，Dorrah 與其合作人員將致力於設計適當的元表面並建立模型。大約 6 個月後，他預計將開始測試元表面「相機」及其在概念驗證中的效率，從而推動 FSO 運動的發展。 

頻寬貢獻者 

• 香港科技大學 Ying Xue 
  與矽平面耦合的單片 III-V 有源器件，用於集成矽光子學 
  研究摘要

  到2025 年，全球數據量預計將攀升至 180 ZB 以上，而這一增長正在造成矽基積體電路和系統的通訊瓶頸。此外，由於製造、生產和經濟方面的限制，為應對這些問題而出現的解決方案也受到了阻礙。

  不過，香港科技大學的 Ying Xue 計劃引入一種名為橫向縱橫比陷波 (LART) 的新型集成方法來解決這些問題。藉助 LART，Xue 能以高效、可擴展和低成本的方式，專注於將高效能雷射器準確地放置在光子積體電路中所需的位置。此外，她還能在同一晶片上整合電子和光子技術，為下一代的數據通訊和電訊提供支援。

  Xue 總結道：「這是一項複雜的工作，但它將解決整合光子學的問題，兌現矽光子學的承諾。我們正在研究矽光子積體電路的完整功能，從而實現大頻寬、低成本以及在同一晶片上集成的電子裝置。這將為科研和工業帶來新的機會。」

  Xue 報告稱，她的第一步是在基板上設計模板，包括雷射結構和製造過程。六個月後，她預計將在初始模板上進行實驗和微調，並確定矽光子學電泵浦雷射的設計。

這些研究計劃都是在 Optica Foundation 挑戰賽的資金資助下實現的。這項挑戰賽旨在讓初出茅廬的專業人員以創新思維思考，並為研究環境、健康和資訊領域的假設提供種子基金。每位獲獎者可獲得 100,000 美元，用於探索他們的想法，並採取措施解決關鍵的全球問題。受助者已開始實施這些項目，預計將於 2024 年報告初步成果。如欲進一步了解，請瀏覽 optica.org/Challenge。

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