في “اتصالات بصرية في الفضاء الحر بمعدل بيانات 4 جيجابت/ثانية باستخدام ليزر تيراهيرتز”، نشرت في فيزياء الاتصالاتأظهر الفريق كيف يمكن استخدام ضوء تردد تيراهيرتز لنقل البيانات لاسلكيًا، عبر الهواء الطلق، بسرعات تفوق بكثير تلك التي تم تحقيقها سابقًا بهذه الترددات.
وتقع موجات تيراهيرتز بين الموجات الدقيقة والأشعة تحت الحمراء، مما يوفر نطاقًا تردديًا متاحًا أكبر بكثير من ترددات الراديو التي تدعم أنظمة Wi-Fi وأنظمة 5G، ولكن كان من الصعب تسخيرها لإجراء اتصالات موثوقة وعالية السرعة.
ال ليدز تغلب الفريق، الذي يضم الدكتور جايابراساث إلومالاي، والدكتور جوشوا فريمان، والبروفيسور جايلز ديفيز، مع زملاء من كلية لندن الجامعية (UCL)، على هذا التحدي من خلال التعديل المباشر لليزر الكمي المتتالي بتردد تيراهيرتز (QCL) مع البيانات واكتشاف الإشارة المرسلة باستخدام صمام ثنائي متخصص لأشباه الموصلات. أدى هذا إلى إنشاء رابط اتصال بصري في الفضاء الحر لا يعتمد على الكابلات المادية أو الألياف.
باستخدام هذا النهج، حقق الباحثون معدلات نقل بيانات تصل إلى 4 جيجابايت/ ثانية، وهو ما يمثل زيادة بنحو 200 مرة مقارنة بأنظمة اتصالات تيراهيرتز السابقة، والتي كانت تقتصر عادةً على كيلو بايت أو ميجابايت في الثانية.
إن القدرة على إرسال البيانات بهذه السرعات تفتح العديد من التطبيقات المحتملة:
- وفي مراكز البيانات، يمكن أن توفر روابط تيراهيرتز اتصالات فائقة السرعة وخالية من الكابلات بين رفوف الخوادم، مما يدعم الحوسبة السحابية ذات زمن الوصول المنخفض والبنية التحتية الأكثر مرونة.
- وفي الفضاء، يمكن لهذه التكنولوجيا أن تتيح روابط عالية السعة بين الأقمار الصناعية، وتجنب فقدان الإشارة الناجم عن الغلاف الجوي للأرض.
- كما أن الطبيعة الاتجاهية للغاية لحزم تيراهيرتز تجعل اعتراضها أكثر صعوبة من إشارات الراديو التقليدية، مما يوفر مزايا للاتصال الآمن من نقطة إلى نقطة في قطاعات مثل الدفاع والمالية والرعاية الصحية.
قال الدكتور إلومالاي: “كان التحدي الرئيسي هو ضبط ليزر تيراهيرتز الكمي ليعمل كجهاز إرسال نظيف وعالي السرعة ينقل الإشارة دون تشويه. وبمجرد تحقيقنا ذلك، تمكنا من دفع الليزر لنقل معدلات بيانات عالية واستعادة المعلومات بشكل موثوق.”
وأضاف الدكتور فريمان: “نحن متحمسون لأن ليزر تيراهيرتز الذي قمنا بتطويره يمكن استخدامه لنقل البيانات بسرعة عالية. هذا الجزء من الطيف غير مستغل بالقدر الكافي، وبالتالي هناك الكثير من الإمكانات.”
بالتعاون مع UCL، تم تنفيذ العمل بالشراكة مع جامعة كامبريدج وجامعة سوانسي، وبدعم من منحة برنامج مدتها خمس سنوات بقيمة 7 ملايين جنيه إسترليني من مجلس أبحاث العلوم الهندسية والفيزيائية في UKRI (EPSRC).
يجمع هذا التعاون بين خبرة ليدز الرائدة عالميًا في أنظمة تيراهيرتز الإلكترونية والفوتونية وتصنيع الليزر المتتالي الكمي، إلى جانب نقاط قوة كلية لندن الجامعية في أنظمة الاتصالات والتصميم الضوئي.
ويعمل الباحثون الآن على توسيع النظام إلى ما هو أبعد من إشارات التشغيل/الإيقاف البسيطة إلى أنظمة تعديل البيانات الأكثر تقدمًا. ومع المزيد من التطوير للأجهزة ذات الطاقة الأعلى، يمكن لهذا النهج أن يدعم معدلات بيانات أكبر بينما يساعد في تخفيف الضغط على نطاقات التردد اللاسلكية المزدحمة بشكل متزايد.
يسير هذا البحث أيضًا جنبًا إلى جنب مع شراكة أعمق بين ليدز وسوانزي. أعلنت الجامعات مؤخرًا عن مبادرة كبرى، بدعم من حكومة المملكة المتحدة، لمعالجة الفجوة في مهارات أشباه الموصلات في المملكة المتحدة من خلال إطلاق مركز جديد لتدريب الدكتوراه (CDT).
