A kutatók egy rendkívül vékony, integrált fotonikus áramkörrel rendelkező chipet fejlesztettek ki, amely az elektromágneses spektrumban 0,3-30 THz közötti úgynevezett terahertz-rés kihasználására használható spektroszkópiára és képalkotásra.
Ez a rés jelenleg egy technológiai holt zóna, és olyan frekvenciákat ír le, amelyek túl gyorsak a mai elektronikai és telekommunikációs eszközök számára, de túl lassúak az optika és képalkotó alkalmazások számára.
A tudósok új chipje azonban most már lehetővé teszi számukra, hogy terahertz hullámokat állítsanak elő testreszabott frekvenciával, hullámhosszal, amplitúdóval és fázissal.Az ilyen precíz vezérlés lehetővé tenné a terahertzes sugárzás felhasználását a következő generációs alkalmazásokhoz mind az elektronikus, mind az optikai területen.
Az EPFL, az ETH Zürich és a Harvard Egyetem között végzett munka ben jelent megNature Communications.
Cristina Benea-Chelmus, az EPFL Műszaki Iskola Hibrid Fotonikai Laboratóriumában (HYLAB) végzett kutatás vezetője elmagyarázta, hogy míg a terahertz hullámokat korábban laboratóriumi körülmények között állítottak elő, a korábbi megközelítések elsősorban ömlesztett kristályokra támaszkodtak a megfelelő előállításához. frekvenciák.Ehelyett a laboratóriumban a lítium-niobátból készült fotonikus áramkör használata, amelyet a Harvard Egyetem munkatársai nanométeres léptékben finomra martak, sokkal egyszerűbb megközelítést tesz lehetővé.A szilícium szubsztrát alkalmazása alkalmassá teszi a készüléket elektronikus és optikai rendszerekbe való integrálásra is.
„A nagyon magas frekvenciájú hullámok generálása rendkívül nagy kihívást jelent, és nagyon kevés olyan technika létezik, amely egyedi mintákkal generálná őket” – magyarázta.„Most már képesek vagyunk megtervezni a terahertz hullámok pontos időbeli alakját – lényegében így fogalmazva: „Olyan hullámformát szeretnék, ami így néz ki.”
Ennek elérése érdekében Benea-Chelmus laboratóriuma megtervezte a chip csatornáinak elrendezését, az úgynevezett hullámvezetőket oly módon, hogy mikroszkopikus antennákat lehessen használni az optikai szálakból származó fény által generált terahertz hullámok sugárzására.
„Az, hogy készülékünk már szabványos optikai jelet használ, valóban előny, mert ez azt jelenti, hogy ezek az új chipek hagyományos lézerekkel is használhatók, amelyek nagyon jól működnek, és nagyon jól ismertek.Ez azt jelenti, hogy készülékünk telekommunikációs kompatibilis” – hangsúlyozta Benea-Chelmus.Hozzátette, hogy a terahertzes tartományban jeleket küldő és fogadó miniatűr eszközök kulcsszerepet játszhatnak a hatodik generációs mobilrendszerekben (6G).
Az optika világában Benea-Chelmus különleges lehetőségeket lát a miniatürizált lítium-niobát chipekben a spektroszkópiában és a képalkotásban.Amellett, hogy nem ionizálnak, a terahertz-hullámok sokkal alacsonyabb energiájúak, mint sok más típusú hullám (például a röntgen), amelyeket jelenleg használnak az anyag összetételéről való információszolgáltatásra – legyen szó akár csontról, akár olajfestményről.Egy kompakt, roncsolásmentes eszköz, például a lítium-niobát chip ezért kevésbé invazív alternatívát jelenthet a jelenlegi spektrográfiai technikákkal szemben.
„Elképzelheti, hogy terahertz sugárzást küld át egy Önt érdeklő anyagon, és elemzi azt, hogy megmérje az anyag reakcióját, annak molekuláris szerkezetétől függően.Mindezt egy gyufafejnél kisebb eszközzel” – mondta.
Ezután a Benea-Chelmus azt tervezi, hogy a chip hullámvezetőinek és antennáinak tulajdonságainak módosítására összpontosít, hogy nagyobb amplitúdójú hullámformákat tervezzen, finomabban hangolt frekvenciákkal és csillapítási sebességgel.Azt is látja, hogy a laboratóriumában kifejlesztett terahertz technológia hasznos lehet kvantum alkalmazásokban.
„Sok alapvető kérdést kell megválaszolni;például az érdekel minket, hogy tudunk-e ilyen chipekkel új típusú kvantumsugárzást generálni, amely rendkívül rövid időn belül manipulálható.Az ilyen hullámokat a kvantumtudományban fel lehet használni kvantumobjektumok irányítására” – összegezte.
Feladás időpontja: 2023.02.14