來源：phys.org；電子科技大學太赫茲研究中心 四川太赫茲應用研究聯合課題組 操岳衡 編譯

這種硅鍺芯片將一個數字觸發轉變為一個頻率范圍超過1 THz的5皮秒的太赫茲輻射脈沖。該芯片支持重復率高達10GHz，提供光束轉向能力，包含一個小的可以以300飛秒分辨率獨立編程的陣列天線的發射器。來自：Jeff Fitlow /Rice大學

萊斯（Rice）大學的無線研究人員借鑒了無線電發明家Guglielmo Marconi制造了第一個能夠傳輸每秒1 terabit數據的無激光無線系統。這樣的速度是當今頂級的4G無線網絡速度的20000倍，是美國最快的家庭互聯網服務速度的20倍。一個1 terabit/s信號可以同時觀看200000部高清電影。

Rice大學電氣與計算機工程系教授兼主任Edward Knightly說，“無線電打破太比特每秒傳播速度這個瓶頸將使無線應用和通信進入一套全新的模式。”他是美國國家科學基金會（NSF）支持的為期三年的130萬美元用于開發太比特無線技術項目的首席研究員。

2016 Cisco公司的研究發現，全球移動數據流量到2015年增長了74%，2015年12月已經增長到每月3.7億字節（幾乎3000萬比特），所以這種傳播速度被迫切的需要。該報告發現，智能手機數據使用量在2015年增長了43%，每月平均用戶消費929 MB。這種增長很大程度上是由于大家越來越喜歡在移動終端上觀看視頻。Cisco公司發現2015年視頻流量占所有移動數據流量的55%。

這種硅鍺芯片將一個數字觸發轉變為一個頻率范圍超過1 THz的5皮秒的太赫茲輻射脈沖。該芯片支持重復率高達10GHz，提供光束轉向能力，包含一個小的，可以以300飛秒分辨率獨立編程的陣列天線的發射器。來自：Jeff Fitlow /Rice大學

這一需求水平使美國國家科學基金會在過去五年里對無線電頻譜研究投資超過6000萬美元。美國國家科學基金會今天宣布資助Rice大學研究的是一個價值1100萬美元的新一輪投資。

Knightly和首席研究員Aydin Babakhani計劃用無線電脈沖技術去打破1 terabit/s這個瓶頸。這代表了無線公司幾十年來一直依賴的載波調制技術將被打破。Rice大學的電氣和計算機工程助理教授Babakhani說，脈沖技術可能是唯一一種在單一信道內支持1terabit/s 左右數據速率的無激光無線技術，但他的團隊必須清楚想要論證每秒能夠發送和接收1萬億高頻無線電脈沖信號仍然有很多困難。

Babakhani說，“脈沖技術并不是新的技術，Marconi上世紀90年代第一次將它展示出來。他用一個天線連接到一個大的電容器。通過充電，使得能量增加，直到電壓差電離出空氣間隙，然后所有的能量立即被傳送到天線上。這是第一個基于脈沖的通信網絡。他用它來表明可以傳輸很長的距離，這是低頻率的。

Rice大學工程研究人員Aydin Babakhani（左）和Edward Knightly從無線電發明家Guglielmo Marconi那里獲得靈感創建了第一個無激光無線系統，系統每秒能傳輸1 terabit的數據。來自：Jeff Fitlow /Rice大學

“我們的脈沖系統受Marconi的發明的啟發，我們用一個片上天線通過一個高速雙極型晶體管，而不是像Marconi 讓能量通過空氣間隙傳輸到這個大的電容器里。“他說。”我們將磁能量儲存在片上，然后使用一個簡單的數字觸發器去釋放它。一旦釋放，它會變成一個皮秒脈沖輻射出去。沒有振蕩器：它是直接從數字到脈沖的輻射，與基于脈沖系統的激光不同，它只能發送甚至更短的脈沖，而我們可以非常快的發送許多脈沖，這些脈沖會轉變成一個高的脈沖重復頻率，這對于實現我們的數據傳輸目標至關重要。

Babakhani的實驗室在今年早些時候創下了一項世界紀錄，他們發射了最短的1.9皮秒的無線電脈沖，將開發和制造一個餐盤大小的發射機，可在高頻率范圍從100 GHz到幾個THz發送甚至更短的脈沖。發射機實際上包含約10000個單獨的天線，每一個都是一個單獨的芯片，能夠單獨發送皮秒無線電脈沖。Babakhani說，天線的數目將增加信號強度，該技術有可能使發射距離達到1/4英里。此外，天線陣列能夠讓我們精確地控制信號。

“調制的，基于頻率的通信技術在較低頻率的無線電波已經做得很完美了，我們在過去的半個世紀里一直使用著，但在頻率高于100兆赫的時候一切都變了，”Knightly說。“我們把這些信號移動到一個有效可控的體系里面，而不是讓它們反彈并分散在環境中。好處是我們要將所有的帶寬跟信息去直接沖擊一個設備，就像一個尖銳的激光的中心一樣，沒有人能夠攔截該信號，因為任何線下的接收器根本檢測不到它。所以，我們聚焦的點像是一束激光，但我們使用的是無線電。面臨的挑戰是需要控制光束到正確的時間在正確的地方，發射到用戶移動的位置。”