350 GHz’in Ötesi: Soliton Mikrokomblarla 560 GHz’de Tek Kanal 112 Gbps Fotonik Kablosuz İletim

Geleceğin telefonlarının neden yeni görünmez dalgalara ihtiyacı var

Telefonlarımız ve kablosuz cihazlarımız veri talebi açısından doyumsuz; ancak kullandıkları hava dalgaları giderek kalabalıklaşıyor. Bu çalışma, mevcut mobil bantların çok ötesinde, spektrumun taze bir dilimini araştırıyor ve küçük, ışıkla çalışan çiplerin hava yoluyla internet trafiğini fiber kabloların yerine koyacak kadar hızlı gönderip gönderemeyeceğini inceliyor. Çalışma, bu küçük fotonik motorların, 100 milyardan fazla bit veriyi her saniye taşıyacak şekilde kablosuz bağlantıları nispeten az kullanılan terahertz bölgesine itebildiğini gösteriyor.

Bugünün kalabalık frekanslarının ötesine adım atmak

Mevcut 5G ağları çoğunlukla 28 gigahertz’in altında çalışıyor; bu frekanslar yoğun ve radyo kanalları görece dar. Geleceğin 6G sistemlerinin taleplerini karşılamak için araştırmacılar, yaklaşık 0.3 ile 1 trilyon döngü/saniye arasındaki terahertz bandına bakıyor. Bu aralık, istasyonlar arasında son derece hızlı backhaul bağlantılarını destekleyebilecek geniş, temiz spektrum dilimleri sunuyor. Ancak frekans ne kadar yüksek olursa, sinyaller havada o kadar hızlı zayıflıyor ve geleneksel elektronikler 300 gigahertz’in üzerinde kararlı düşük gürültülü dalgalar üretmekte zorlanıyor. Bu nedenle 350 gigahertz’in üzeri, birçok hizmete henüz atanmış olmamasına rağmen yüksek hızlı bağlantılar için büyük ölçüde kullanılmamış kaldı.

Ultra hızlı radyo dalgalarını ışıkla oluşturmak

Bu yüksek aralığa atlamak için ekip, saflıkla elektroniğin yerine fotoniği kullanıyor; radyo sinyalini oluşturmak için elektroniğin yerine ışık kullanıyorlar. Kurulumlarının merkezinde, birçok eşit aralıklı lazer renginden oluşan ve birbirleriyle faz kilitli bir “komp” üreten silikon nitrür çipi var. Bu komp, çip üzerindeki küçük bir halkada dolaşan soliton adı verilen özel bir ışık pulse düzeniyle üretiliyor. İki sıradan lazer diyodu, kompün iki bitişik rengine kilitlenmeye zorlanıyor. Bu iki kilitlenmiş lazer çok hızlı bir fotodiyot üzerine birlikte düştüğünde, renk farkları yenilerek 560 gigahertz’te sabit bir terahertz dalgası üretiyor ve bu dalga veri taşıyıcısı olarak kullanılabiliyor.

Gerçek kullanım için küçük ışık kaynağını paketlemek

Bu tür komp çipleriyle ilgili büyük bir pratik engel, ışığı hantal optik tezgâhlar olmadan alıp verememekti; bu tezgâhlar hizalanmadan kayabiliyor. Araştırmacılar bunu, kısa yüksek sayısal açıklıklı bir fiber ve cam destek üzerinde UV ile sertleşen bir yapıştırıcı kullanarak optik fiberleri doğrudan çipe bağlayarak çözdüler. Bu kompakt paket yalnızca birkaç milimetre genişliğinde ama bir watt’a kadar pompa gücüne dayanabiliyor ve bağlama verimliliğini saatlerce neredeyse sabit tutuyor. Testlerde yeni fiber-bağlantılı tasarım soliton kompunu bir günden fazla çalıştırırken, benzer koşullarda geleneksel serbest uzay lens düzeni dakikalar içinde hizalanmayı kaybetti. Böyle uzun süreli stabilite, bu komp’lerin pratik terahertz radyo içine yerleştirilebilmesi için elzem.

Ultra hızlı veri akışlarını gönderme ve yakalama

Kararlı 560 gigahertz dalga oluşturulduktan sonra, komp’e kilitlenmiş lazerlerden biri, hem ışığın genliğini hem de fazını ayarlayarak veriyi kodlayan gelişmiş bir modülatörden geçiriliyor. Ekip iki yaygın format kullanıyor: kuadratur faz kaydırmalı anahtarlama (QPSK) ve 16 seviyeli kuadratur genlik modülasyonu (16-QAM), bunlar sırasıyla sembol başına iki ve dört bit taşıyor. İkinci kilitlenmiş lazer modüle edilmiyor. Her iki ışık akışı birleştirilip yüksek hızlı fotodiyot içinde terahertz sinyaline dönüştürülüyor ve sonra 10 milimetrelik serbest uzay boşluğuna fırlatılıyor. Karşı tarafta özel bir mikser ve hızlı elektronikler gelen terahertz dalgalarını, osiloskopa yerleşik olanın ötesinde ekstra dijital düzeltme gerektirmeden kaydedilip analiz edilebilecek daha düşük bir frekansa çeviriyor.

Yeni bağlantıya ne kadar bilgi sığar

Sistemin ne kadar iyi çalıştığını değerlendirmek için yazarlar alınan sembollerin desenlerini inceliyor ve bunların ideal konumlardan ne kadar saptığını, hata vektör büyüklüğü (EVM) olarak bilinen bir ölçüyle hesaplıyorlar. Bu değer belirli sınırların altında kaldığında, sıradan hata düzeltme kodları kalan hataları temizleyebiliyor. Daha basit faz tabanlı formatı kullanarak, sembol hızlarını 42 gigabaud’a kadar çıkarıp 84 gigabit/saniyeye ulaşıyorlar. Daha talepkâr 16 seviyeli formatla 28 gigabaud’a ulaşıyorlar; bu da tek bir kablosuz kanalda 560 gigahertz’te 112 gigabit/saniyeye karşılık geliyor ve tümü daha sıkı hata sınırları içinde. Ayrıca komp referanslı ve referanssız çalışma karşılaştırılıyor; kompa kilitlenmenin taşıyıcının çizgi genişliğini daralttığını ve faz gürültüsünü azalttığını, özellikle ara sembol hızlarında performansı iyileştirdiğini gösteriyor.

Bu, geleceğin kablosuz bağlantıları için ne anlama geliyor

Günlük kullanıcılar için temel mesaj şudur: Fotonik çipler, baz istasyonlarını birbirine bağlayabilecek ve kısa fiber hatlarını ikame edebilecek çok yüksek hızlı kablosuz bağlantılar için spektrumun yeni, daha sessiz parçalarını açmaya yardımcı olabilir. Bu deney, kompakt, fiber paketlenmiş bir komp kaynağının 350 gigahertz’in çok ötesinde bir terahertz vericiyi kararlı şekilde besleyebildiğini ve yine de 100 gigabit/saniyenin üzerinde taşıma yapabildiğini gösteriyor. Burada kullanılan 560 gigahertz bandı nemli havada güçlü soğuruma maruz kaldığı ve çok kısa bağlantılara en uygun olduğu için sınırlı olsa da, aynı yaklaşım sinyallerin daha uzağa gidebildiği komşu frekanslara kaydırılabilir. Daha güçlü terahertz yayıcılar ve daha yüksek kazançlı antenlerle, yazarlar benzer sistemlerin sonunda metrelerce mesafede yüzlerce gigabitlik bağlantıları destekleyebileceğini, böylece geleceğin 6G altyapısına bir yapı taşı sağlayabileceğini öngörüyor.

Atıf: Tokizane, Y., Kishikawa, H., Kikuhara, T. et al. Beyond 350 GHz: Single-channel 112 Gbps photonic wireless transmission at 560 GHz using soliton microcombs. Commun Eng 5, 77 (2026). https://doi.org/10.1038/s44172-026-00659-8

Anahtar kelimeler: terahertz kablosuz, soliton mikrokomp, fotonik verici, 6G backhaul, yüksek hızlı bağlantı