現代電信基礎設施依賴于廣泛的技術。但具有諷刺意味的是，其中一些技術無法輕松相互通信。

例如，用于無線通信的電信號不能僅僅被推入構成現代網絡主干的光纖基礎設施中。相反，它們必須首先轉換為 light （然后再次轉換回來）。這項重要任務由稱為電光 （EO） 調制器的網絡組件執行。

“你擁有的所有信息都在電氣領域，但一旦它離開你的房子，它就會進入光纖。因此，您需要能夠以極快的速度從電信號編碼到光學世界信號的組件。這就是調制器的用武之地，“瑞士蘇黎世聯邦理工學院 ETH Zurich 信息技術和電氣工程系主任 Juerg Leuthold 說。

電信提供商希望下一代 6G 網絡能夠提供高達每秒 1 TB 的無線速度，甚至可能更高。但是，這些快速無線網絡仍然需要與有線光纖基礎設施連接。這意味著電光調制器需要升級，否則它們就有可能成為瓶頸。

等離子體 EO 調節劑突破

Leuthold 是蘇黎世聯邦理工學院和瑞士 Polariton Technologies 的研究人員最近發表的一篇論文的合著者，該論文展示了一種頻率高達 1.14 太赫茲的等離子體 EO 調制器。它還以 3 GHz 的頻率提供 997 分貝的 EO 帶寬。更簡單地說，調制器可以在信號發生顯著衰減之前處理高達近 1 太赫茲的信號。

這與當今常用的調制器相比是一個很大的飛躍。大多數基于鈮酸鋰 （LiNbO?）、砷化銦鎵 （InGaAs） 和最近的硅等材料。使用這些材料的調制器通常具有頻率響應，當頻率達到 60 至 100 GHz 時，頻率響應會降低。等離子體 EO 調節劑實現了大約 10 倍的改進。

正如您所料，等離子體 EO 調制器的工作原理與其前輩略有不同。

傳統的調制器通常依賴于普克爾斯效應，該效應描述了施加的電場如何改變非線性晶體材料的折射率。折射率的變化會改變穿過材料的光，從而可以將電信號寫入光信號。

等離子體調制器仍然使用普克爾斯效果，但直接照射到調制器中的光會發生變換。“我們獲取光子，即紅色光子，將其轉化為等離激元，等離激元沿著金屬表面傳播，”Leuthold 解釋說。

等離激元是金屬中電子振蕩的量子，它們具有有用的特性。當與電磁場耦合時，它們會形成表面等離激元，可以將能量集中到小于光波長的體積中。這些等離子體波在金屬結構中傳播。

等離子體調制器通過在金上切割僅 100 納米寬的微小槽來利用這一點。槽中填充有有機電光材料，可以改變光的折射率。在這些槽中，光信號（由等離激元攜帶）和電信號相互作用，將電信號寫入光信號。

由于槽非常小，因此電場增強了 35,000 倍。這允許電信號和光信號之間的交互更強。

等離子體調節劑的商業化

頻率高達 1 THz 的等離子體 EO 調制器的演示是蘇黎世聯邦理工學院長達十年的等離子體調制器創新中的最新一項。

包括 Leuthold 在內的蘇黎世聯邦理工學院研究人員在 2015 年發表了一篇關于使用等離激元進行電光對話的論文，當時預測它可以允許高達 1 THz 的頻率。他們現在已經證明這種可能性成為現實。

Polariton 正在將等離子體調節劑商業化。Polariton 于 2019 年從蘇黎世聯邦理工學院分拆出來，由三位前博士生共同創立，他們為之前的研究做出了貢獻：Wolfgang Heni、Benedikt Baeuerle 和 Claudia Hoessbacher。

Polariton 目前提供頻率高達 145 GHz 的硅和等離子體 EO 調制器。Baeuerle 表示，該公司擁有“小批量的工程樣品”，頻率高達 1 THz。

如果下一代 6G 電信網絡希望實現崇高的承諾，就需要這樣的調制器。

雖然尚未為 6G 網絡設定標準，但預計它們將使用太赫茲頻率來提供可能飆升至 1 TB 以上的數據速率。如果將這些高速網絡付諸實踐，傳統的 EO 調制器（如前所述，最高頻率約為 100 GHz）將成為瓶頸。

該技術在 AI 數據中心也占有一席之地。為 AI 構建的數據中心通常具有通過內部光纖網絡連接的 GPU 集群。而且，就像任何其他光纖網絡一樣，需要一個電光調制器來將電信號轉換為光（或返回）。Polariton 產生調制器和收發器（在兩個方向上轉換信號）。

“我們的電光調制器是面向需要高速和緊湊集成的數據中心和 AI 集群的下一代收發器的解決方案，”Baeuerle 說。他指出，高速收發器，包括“下一代”3.2T（每秒太比特）收發器，將把電光帶寬推向新的高度。

如此高的數據速率似乎很奇怪，而且需要明確的是，6G 仍然面臨重大障礙。即便如此，等離子體 EO 調制器和收發器等進步為更快、更可靠的電信奠定了基礎。

“我們已經為無線領域的下一代做好了準備，”Leuthold 說。