Матричні фотонні модулятори з тороїдальною варизонною топологією для масивних MIMO-систем 6G

Анотація

У роботі розглянуто нову архітектуру матричних фотонних ІЧ-модуляторів з тороїдальною варизонною топологією, призначених для масивних MIMO-систем шостого покоління (6G). Запропоновано модель інтеграції тороїдальних модуляторів у матричну структуру з підмасивами 8×8 та гнучким рядково-стовпчиковим керуванням для забезпечення високої щільності каналів, низького енергоспоживання та високої швидкодії. Проведено аналітичні розрахунки RC-затримок, енергії на біт ​, ефективної ємності ​ та щільності інтеграції, а також чисельне моделювання розподілу варизонного поля E_v(r) для одиночного елемента та матриці з різною конфігурацією. Представлено результати FDTD-моделювання спектральних характеристик та дослідження впливу паразитних ємностей на швидкодію. Наведено порівняльні характеристики масивів різних розмірів (8×8, 16×16, 64×64) з аналізом масштабованості та інтеграції у фотонні платформи для 6G. Показано, що використання локальних драйверів та зменшення довжини ліній розводки дозволяє знизити ефективну ємність у 1,5–3 рази, а запропонована архітектура забезпечує зменшення енергоспоживання до 0,5–0,8 Дж/біт при швидкості до 100 ГГц та масштабованості понад 4096 каналів. Розглянуто потенційні застосування для систем високошвидкісного зв’язку, когерентної оптики та гібридних фотонно-електронних обчислювальних систем.