具有高载波频率与可用大带宽的太赫兹频带（频率范围0.1~10 THz）已成为满足未来6G移动通信网络所需的100 Gbit/s甚至1 Tbit/s超高数据速率的候选频段。与完全使用电子器件生成太赫兹信号的全电方式相比，光子辅助技术可以突破电子器件带宽限制的瓶颈，生成高频率、大带宽、频率灵活可调，并易与大容量光纤链路集成的太赫兹信号。基于光子学辅助技术与各种先进器件及数字信号处理算法，在宽带太赫兹通信和感知的多个领域取得了重大成果：在大容量太赫兹传输领域，综合应用多维复用技术，实现了最大容量6.4 Tbit/s的光子太赫兹信号传输；在远距离太赫兹传输领域，设计了高增益太赫兹天线模块，实现了长达400 m的335 GHz太赫兹无线传输距离；在实时太赫兹通信领域，基于商用数字相干光学模块实现了创纪录的100、2×100 GbE太赫兹实时通信系统；在太赫兹通信与感知一体化领域，分别基于时分复用与频分复用方案生成了通信与感知一体化信号，同时实现了太赫兹频段的大容量通信与高精度感知功能；在太赫兹有线传输领域，基于镀银金属空芯光纤，实现了300 GHz频段太赫兹信号的1 m有线传输，系统净容量超过140 Gbit/s。本文分别对以上系统的实验装置进行了详细的介绍，并对实验结果进行了讨论。
光子辅助技术 大容量太赫兹传输 长距离太赫兹传输 太赫兹实时通信 太赫兹通信感知一体化 金属空芯光纤 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0106001
1 廊坊师范学院电子信息工程学院, 河北廊坊 065000
2 北华航天工业学院电子与控制工程学院, 河北廊坊 065000
太赫兹通信兼具微波通信和光波通信的优势, 是解决通信容量紧缺难题的最有效技术手段之一。针对太赫兹波段吸收损耗严重及抗外在扰动差, 难以支持长距传输问题, 设计了一种基于环形光子晶体光纤(PCF)结构的新型太赫兹光纤。以现有常见材料作为光纤基底材质, 通过创新光纤结构中空气孔排布方式, 抵消材料高吸收损耗, 以支持高性能轨道角动量(OAM)模式传输。选择最优参数, 实现 6个 OAM模式群的高模式质量、低限制损耗和宽带宽的稳定传输。在 0.2~0.9 THz宽波段内, 实现模式纯度超过 88.9%, 限制损耗小于 10-7 dB/m。通过软件仿真实验设计, 解决了太赫兹与 OAM技术相结合的关键问题, 为模分复用(MDM)技术在太赫兹通信系统的应用奠定了理论研究基础。
轨道角动量 太赫兹通信 光子晶体光纤 模分复用 Orbital Angular Momentum terahertz communication Photonic Crystal Fiber Mode Division Multiplexing 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(12): 1417
1 山东科技大学电子信息工程学院, 山东 青岛 266590
2 青岛市太赫兹技术重点实验室, 山东 青岛 266590
3 北京理工大学集成电路与电子学院, 北京 100081
4 北京市毫米波与太赫兹技术重点实验室, 北京 100081
在太赫兹通信技术快速发展的背景下, 建筑遮挡、恶劣天气等原因导致的复杂、弥散信道对通信安全性、可靠性提出新的挑战。太赫兹通信的保密属性在通信网络的广域性下隐含泄露、窃听等风险, 研究现有的加密和防窃听手段在太赫兹通信中的可行性, 推动物理层安全技术的创新与应用, 实现信息的稳定安全传输, 成为具备研究价值的热点问题。本文从安全通信角度出发, 分析部分现有物理层加密与防窃听方法, 总结其在太赫兹通信领域中的融合应用与效果, 并对其未来发展趋势进行展望。
太赫兹通信 物理层安全 加密 防窃听 terahertz communication physical layer security encryption anti-eavesdropping 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(3): 301
1 东南大学移动通信国家重点实验室, 江苏南京 210096
2 网络通信与安全紫金山实验室, 江苏南京 211111
3 复旦大学信息科学与工程学院, 上海 200433
随着 5G的移动互联及物联网相交织等新型业务的蓬勃发展, 对未来通信系统传输容量、传输速度以及误码率等要求愈来愈高。介于毫米波与远红外光之间的太赫兹频段兼有微波和光波的特性, 具有低量子能量、大带宽、良好的穿透性。近年来太赫兹通信系统成为研究热点之一, 但太赫兹无线通信存在视距传播以及较大路径损耗缺点, 太赫兹无线和有线融合传输则兼具两者优点。本文分析了光子太赫兹信号产生、光子太赫兹无线链路传输和光子太赫兹光纤链路传输过程中涉及的器件和技术, 重点介绍了太赫兹有线传输的研究现状, 并通过基于强度调制直接检测实现 1.485 GBaud 350 GHz的 1m太赫兹光纤有线实时传输视频实验, 展现了太赫兹有线传输巨大的发展潜力。
太赫兹通信 太赫兹产生 太赫兹光纤 太赫兹有线传输 terahertz communication terahertz wave generation terahertz optical fiber terahertz wired transmission 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(1): 22
Author Affiliations
Abstract
1 Zhejiang Lab, Hangzhou 311121, China
2 College of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
3 Applied Physics Department, KTH Royal Institute of Technology, 10691 Stockholm, Sweden
4 Networks Unit, RISE Research Institutes of Sweden, 16440 Kista, Sweden
Recently, wireless communication capacity has been witnessing unprecedented growth. Benefits from the optoelectronic components with large bandwidth, photonics-assisted terahertz (THz) communication links have been extensively developed to accommodate the upcoming wireless transmission with a high data rate. However, limited by the available signal-to-noise ratio and THz component bandwidth, single-lane transmission of beyond 100 Gbit/s data rate using a single pair of THz transceivers is still very challenging. In this study, a multicarrier THz photonic wireless communication link in the 300 GHz band is proposed and experimentally demonstrated. Enabled by subcarrier multiplexing, spectrally efficient modulation format, well-tailored digital signal processing routine, and broadband THz transceivers, a line rate of 72 Gbit/s over a wireless distance of 30 m is successfully demonstrated, resulting in a total net transmission capacity of up to 202.5 Gbit/s. The single-lane transmission of beyond 200 Gbit/s overall data rate with a single pair of transceivers at 300 GHz is considered a significant step toward a viable photonics-assisted solution for the next-generation information and communication technology (ICT) infrastructure.
terahertz communication terahertz photonics wavelength division multiplexing photonic-wireless transmission Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 023901
1 东南大学移动通信国家重点实验室, 江苏南京 210096
2 紫金山实验室普适通信研究中心, 江苏南京 211111
太赫兹通信技术以其丰富的频谱资源已成为未来 6G移动通信实现“通信全频谱”的关键候选技术。由于结构简单、易集成、低成本和低功耗等独有优势, 基于包络检波方式的非相干光子辅助太赫兹通信系统受到研究者们的广泛关注与青睐。本文在总结非相干光子辅助太赫兹通信系统的结构、特点及其涉及的关键技术的基础上, 介绍了近几年来国内外有关太赫兹包络检波器和基于包络检波器的非相干光子辅助太赫兹通信系统的研究现状和突出成果。此外, 还对基于幅度调制和基于同相正交 (IQ)调制的非相干光子辅助太赫兹通信系统分别进行了详细的论述, 并比较了各自的优缺点。最后, 展望了未来面向 6G的非相干光子辅助太赫兹通信系统及其关键器件的发展方向。
太赫兹通信 包络检波 非相干 terahertz communication envelope detection incoherent 6G 6G 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(9): 927
1 河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室，河南 郑州 450001
2 河南工业大学信息科学与工程学院，河南 郑州 450001
3 河南工业大学人工智能与大数据学院，河南 郑州 450001
随着第五代通信技术在世界范围内的商业部署，截至2021年5月，全球5G通信网络用户规模已超过4亿。为满足未来业务对超高数据速率、极低延迟等的需求，下一代无线通信技术的研究已经展开。其中，太赫兹频段中大量的绝对带宽资源是太赫兹频率进行无线通信最显著的优势，使得太赫兹通信具有极大的应用潜力。本文对太赫兹通信领域的相关研究进行了阐述，首先介绍了6G通信网络的规划与愿景和太赫兹通信技术国内外现状；其次讨论了太赫兹通信的关键技术及潜在应用场景；最后总结了目前的研究成果并对未来的研究方向进行展望，为迈进“太赫兹时代”提供新的思路。
光通信 6G通信网络 太赫兹通信技术 太赫兹波 万物互联 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1300007
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 太赫兹固态技术实验室，上海 200050
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
太赫兹量子阱探测器具有皮秒级的响应时间和1 GHz以上的高速调制性能，是太赫兹快速成像和高速无线通信应用领域非常有前景的探测器。文章综述了太赫兹量子阱探测器的探测原理和设计方法、器件主要性能指标和基于该探测器的应用技术研究进展。研究表明，基于太赫兹量子阱探测器的快速成像系统可以获得物体的细节信息，有望用于安全检查和无损检测领域；太赫兹量子阱探测器还可用于高速无线通信的探测端，为未来6G高速无线通信应用提供了有效的技术途径。
太赫兹量子阱探测器 太赫兹量子级联激光器 太赫兹通信 太赫兹成像 terahertz quantum well photodetectors terahertz quantum cascade lasers terahertz communication terahertz imaging
电子科技大学电子科学与工程学院，四川成都 611731
基于相变材料二氧化钒 (VO2)和编码超表面技术设计了一种双向太赫兹多波束调控器件。在 0.7 THz下，通过给予器件热激励控制 VO2的相变状态，可使器件在反射和透射两种工作模式间切换。器件温度高于 68 ℃(VO2相变温度)时， VO2相变为金属态，器件工作在反射模式下，对太赫兹波进行高效反射并将入射波分为多束能量近似、方向不同的波束。在常温下， VO2为绝缘态，器件工作在透射模式，对太赫兹波进行高效透射。对反射和透射两个方向波束的动态调控使器件本身不再成为透射或反射波传输的阻碍。这种对太赫兹多波束的动态双向调控在太赫兹无线通信场景中非常有用。
二氧化钒 编码超表面 动态波束调控 双向 太赫兹通信 VO2 coding metasurface dynamic beam control two -way terahertz communication 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(1): 1
