एक नए प्रकार के टेराहर्ट्ज़ मल्टीप्लेक्सर ने डेटा क्षमता को दोगुना कर दिया है और अभूतपूर्व बैंडविड्थ और कम डेटा हानि के साथ 6G संचार को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाया है।
शोधकर्ताओं ने एक सुपर-वाइड बैंड टेराहर्ट्ज़ मल्टीप्लेक्सर पेश किया है जो डेटा क्षमता को दोगुना कर देता है और 6G तथा उससे आगे की तकनीक में क्रांतिकारी प्रगति लाता है। (छवि स्रोत: गेटी इमेजेज़)
टेराहर्ट्ज़ तकनीक द्वारा प्रस्तुत अगली पीढ़ी का वायरलेस संचार, डेटा ट्रांसमिशन में क्रांति लाने का वादा करता है।
ये प्रणालियाँ टेराहर्ट्ज़ आवृत्तियों पर कार्य करती हैं, जो अति-तेज़ डेटा संचरण और संचार के लिए अद्वितीय बैंडविड्थ प्रदान करती हैं। हालाँकि, इस क्षमता को पूरी तरह से साकार करने के लिए, महत्वपूर्ण तकनीकी चुनौतियों को दूर करना आवश्यक है, विशेष रूप से उपलब्ध स्पेक्ट्रम के प्रबंधन और प्रभावी उपयोग में।
एक अभूतपूर्व प्रगति ने इस चुनौती का समाधान किया है: सब्सट्रेट-मुक्त सिलिकॉन प्लेटफॉर्म पर निर्मित पहला अल्ट्रा-वाइडबैंड एकीकृत टेराहर्ट्ज़ ध्रुवीकरण (डी) मल्टीप्लेक्सर।
यह अभिनव डिज़ाइन सब-टेराहर्ट्ज़ जे बैंड (220-330 GHz) को लक्षित करता है और 6G तथा उससे आगे के संचार में क्रांति लाने का लक्ष्य रखता है। यह उपकरण डेटा हानि की दर को कम रखते हुए डेटा क्षमता को प्रभावी रूप से दोगुना कर देता है, जिससे कुशल और विश्वसनीय उच्च-गति वाले वायरलेस नेटवर्क का मार्ग प्रशस्त होता है।
इस उपलब्धि के पीछे की टीम में एडिलेड विश्वविद्यालय के स्कूल ऑफ इलेक्ट्रिकल एंड मैकेनिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर विथावत विथायाचुमनंकुल, ओसाका विश्वविद्यालय में वर्तमान में पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता डॉ. वेइजी गाओ और प्रोफेसर मासायुकी फुजिता शामिल हैं।
प्रोफेसर विथायाचुमनंकुल ने कहा, "प्रस्तावित पोलराइजेशन मल्टीप्लेक्सर एक ही आवृत्ति बैंड के भीतर एक साथ कई डेटा स्ट्रीम को प्रसारित करने की अनुमति देता है, जिससे डेटा क्षमता दोगुनी हो जाती है।" इस उपकरण द्वारा प्राप्त सापेक्ष बैंडविड्थ किसी भी आवृत्ति रेंज में अभूतपूर्व है, जो एकीकृत मल्टीप्लेक्सर के लिए एक महत्वपूर्ण उपलब्धि है।
आधुनिक संचार में ध्रुवीकरण मल्टीप्लेक्सर आवश्यक हैं क्योंकि वे कई संकेतों को एक ही आवृत्ति बैंड साझा करने में सक्षम बनाते हैं, जिससे चैनल की क्षमता में काफी वृद्धि होती है।
यह नया उपकरण शंक्वाकार दिशात्मक कपलर और विषमदैशिक प्रभावी माध्यम आवरण का उपयोग करके यह उपलब्धि हासिल करता है। ये घटक ध्रुवीकरण द्विअपवर्तन को बढ़ाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उच्च ध्रुवीकरण विलुप्तिकरण अनुपात (PER) और व्यापक बैंडविड्थ प्राप्त होती है—जो कुशल टेराहर्ट्ज़ संचार प्रणालियों की प्रमुख विशेषताएं हैं।
जटिल और आवृत्ति-निर्भर असममित वेवगाइड पर आधारित पारंपरिक डिज़ाइनों के विपरीत, नया मल्टीप्लेक्सर केवल थोड़ी आवृत्ति निर्भरता वाले विषम आवरण का उपयोग करता है। यह दृष्टिकोण शंक्वाकार कपलर द्वारा प्रदान की गई पर्याप्त बैंडविड्थ का पूर्ण लाभ उठाता है।
इसके परिणामस्वरूप, लगभग 40% की आंशिक बैंडविड्थ, 20 dB से अधिक का औसत PER और लगभग 1 dB का न्यूनतम इंसर्शन लॉस प्राप्त होता है। ये प्रदर्शन मानक मौजूदा ऑप्टिकल और माइक्रोवेव डिज़ाइनों से कहीं बेहतर हैं, जिनमें अक्सर संकीर्ण बैंडविड्थ और उच्च हानि की समस्या होती है।
शोध दल का यह कार्य न केवल टेराहर्ट्ज़ प्रणालियों की दक्षता बढ़ाता है, बल्कि वायरलेस संचार के एक नए युग की नींव भी रखता है। डॉ. गाओ ने कहा, "यह नवाचार टेराहर्ट्ज़ संचार की अपार संभावनाओं को उजागर करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।" इसके अनुप्रयोगों में हाई-डेफिनिशन वीडियो स्ट्रीमिंग, ऑगमेंटेड रियलिटी और 6G जैसे अगली पीढ़ी के मोबाइल नेटवर्क शामिल हैं।
आयताकार धातु तरंगमार्गों पर आधारित ऑर्थोगोनल मोड ट्रांसड्यूसर (ओएमटी) जैसे पारंपरिक टेराहर्ट्ज़ ध्रुवीकरण प्रबंधन समाधानों में महत्वपूर्ण सीमाएँ हैं। धातु तरंगमार्गों में उच्च आवृत्तियों पर ओमिक हानि बढ़ जाती है, और कठोर ज्यामितीय आवश्यकताओं के कारण उनकी निर्माण प्रक्रियाएँ जटिल होती हैं।
ऑप्टिकल पोलराइजेशन मल्टीप्लेक्सर, जिनमें मच-ज़ेन्डर इंटरफेरोमीटर या फोटोनिक क्रिस्टल का उपयोग करने वाले मल्टीप्लेक्सर शामिल हैं, बेहतर एकीकरण क्षमता और कम नुकसान प्रदान करते हैं, लेकिन अक्सर बैंडविड्थ, कॉम्पैक्टनेस और निर्माण जटिलता के बीच समझौता करने की आवश्यकता होती है।
दिशात्मक कपलर का उपयोग ऑप्टिकल प्रणालियों में व्यापक रूप से किया जाता है और कॉम्पैक्ट आकार और उच्च PER प्राप्त करने के लिए इन्हें मजबूत ध्रुवीकरण द्विअपवर्तन की आवश्यकता होती है। हालांकि, इनकी सीमाएं संकीर्ण बैंडविड्थ और विनिर्माण सहनशीलता के प्रति संवेदनशीलता से ग्रस्त हैं।
यह नया मल्टीप्लेक्सर शंक्वाकार दिशात्मक कपलर और प्रभावी माध्यम क्लैडिंग के लाभों को मिलाकर इन सीमाओं को दूर करता है। विषमदैशिक क्लैडिंग महत्वपूर्ण द्विअपवर्तन प्रदर्शित करता है, जिससे व्यापक बैंडविड्थ में उच्च PER सुनिश्चित होता है। यह डिज़ाइन सिद्धांत पारंपरिक विधियों से हटकर टेराहर्ट्ज़ एकीकरण के लिए एक स्केलेबल और व्यावहारिक समाधान प्रदान करता है।
मल्टीप्लेक्सर के प्रायोगिक सत्यापन ने इसके असाधारण प्रदर्शन की पुष्टि की। यह उपकरण 225-330 GHz रेंज में कुशलतापूर्वक कार्य करता है, और 20 dB से अधिक PER बनाए रखते हुए 37.8% की आंशिक बैंडविड्थ प्राप्त करता है। इसका कॉम्पैक्ट आकार और मानक निर्माण प्रक्रियाओं के साथ अनुकूलता इसे बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त बनाती है।
डॉ. गाओ ने टिप्पणी की, "यह नवाचार न केवल टेराहर्ट्ज़ संचार प्रणालियों की दक्षता को बढ़ाता है, बल्कि अधिक शक्तिशाली और विश्वसनीय उच्च गति वाले वायरलेस नेटवर्क के लिए भी मार्ग प्रशस्त करता है।"
इस तकनीक के संभावित अनुप्रयोग संचार प्रणालियों से कहीं आगे तक फैले हुए हैं। स्पेक्ट्रम के बेहतर उपयोग से, मल्टीप्लेक्सर रडार, इमेजिंग और इंटरनेट ऑफ थिंग्स जैसे क्षेत्रों में प्रगति ला सकता है। प्रोफेसर विथयाचुमनंकुल ने कहा, "हमें उम्मीद है कि एक दशक के भीतर, टेराहर्ट्ज़ तकनीकें विभिन्न उद्योगों में व्यापक रूप से अपनाई और एकीकृत की जाएंगी।"
यह मल्टीप्लेक्सर टीम द्वारा विकसित पहले के बीमफॉर्मिंग उपकरणों के साथ आसानी से एकीकृत हो सकता है, जिससे एक एकीकृत प्लेटफॉर्म पर उन्नत संचार कार्यक्षमताएं संभव हो पाती हैं। यह अनुकूलता प्रभावी मीडियम-क्लैड डाइइलेक्ट्रिक वेवगाइड प्लेटफॉर्म की बहुमुखी प्रतिभा और स्केलेबिलिटी को दर्शाती है।
टीम के शोध निष्कर्ष लेजर एंड फोटोनिक रिव्यूज़ नामक पत्रिका में प्रकाशित हुए हैं, जो फोटोनिक टेराहर्ट्ज़ प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने में उनके महत्व को रेखांकित करते हैं। प्रोफेसर फुजिता ने टिप्पणी की, "महत्वपूर्ण तकनीकी बाधाओं को पार करके, इस नवाचार से इस क्षेत्र में रुचि और अनुसंधान गतिविधियों को बढ़ावा मिलने की उम्मीद है।"
शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि उनका काम आने वाले वर्षों में नए अनुप्रयोगों और आगे के तकनीकी सुधारों को प्रेरित करेगा, जिससे अंततः वाणिज्यिक प्रोटोटाइप और उत्पादों का विकास होगा।
यह मल्टीप्लेक्सर टेराहर्ट्ज़ संचार की क्षमता को उजागर करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है। अपने अभूतपूर्व प्रदर्शन मानकों के साथ, यह एकीकृत टेराहर्ट्ज़ उपकरणों के लिए एक नया मानक स्थापित करता है।
जैसे-जैसे उच्च गति और उच्च क्षमता वाले संचार नेटवर्क की मांग बढ़ती जा रही है, इस तरह के नवाचार वायरलेस प्रौद्योगिकी के भविष्य को आकार देने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगे।
पोस्ट करने का समय: 16 दिसंबर 2024