Изследователите са разработили изключително тънък чип с интегрирана фотонна схема, която може да се използва за използване на така наречената терахерцова празнина – разположена между 0,3-30THz в електромагнитния спектър – за спектроскопия и изображения.
Тази празнина в момента е нещо като технологична мъртва зона, описваща честоти, които са твърде бързи за днешната електроника и телекомуникационни устройства, но твърде бавни за оптика и приложения за изображения.
Но новият чип на учените вече им позволява да произвеждат терагерцови вълни с персонализирана честота, дължина на вълната, амплитуда и фаза.Такъв прецизен контрол може да позволи терагерцовото лъчение да бъде използвано за приложения от следващо поколение както в електронната, така и в оптичната сфера.
Работата, проведена между EPFL, ETH Цюрих и Харвардския университет, е публикувана вNature Communications.
Кристина Бенеа-Челмус, която ръководи изследването в Лабораторията по хибридна фотоника (HYLAB) в Инженерното училище на EPFL, обясни, че докато терахерцови вълни са били произвеждани в лабораторни условия преди, предишните подходи са разчитали предимно на обемни кристали за генериране на правилните честоти.Вместо това използването на нейната лаборатория на фотонната верига, направена от литиев ниобат и фино гравирана в нанометров мащаб от сътрудници в Харвардския университет, прави много по-рационализиран подход.Използването на силиконов субстрат също прави устройството подходящо за интегриране в електронни и оптични системи.
„Генерирането на вълни при много високи честоти е изключително предизвикателство и има много малко техники, които могат да ги генерират с уникални модели“, обясни тя.„Вече сме в състояние да проектираме точната времева форма на терагерцови вълни – да кажем по същество „Искам форма на вълна, която изглежда така.““
За да постигне това, лабораторията на Benea-Chelmus проектира подредбата на чипа от канали, наречени вълноводи, по такъв начин, че микроскопичните антени да могат да се използват за излъчване на терахерцови вълни, генерирани от светлина от оптични влакна.
„Фактът, че нашето устройство вече използва стандартен оптичен сигнал, е наистина предимство, защото означава, че тези нови чипове могат да се използват с традиционни лазери, които работят много добре и се разбират много добре.Това означава, че нашето устройство е телекомуникационно съвместимо“, подчерта Бенеа-Челмус.Тя добави, че миниатюризирани устройства, които изпращат и получават сигнали в терагерцовия диапазон, могат да играят ключова роля в мобилните системи от шесто поколение (6G).
В света на оптиката Benea-Chelmus вижда особен потенциал за миниатюризирани чипове от литиев ниобат в спектроскопията и изображенията.Освен че са нейонизиращи, терахерцовите вълни са с много по-ниска енергия от много други видове вълни (като рентгенови лъчи), използвани в момента за предоставяне на информация за състава на материал – независимо дали е кост или маслена картина.Компактно, неразрушително устройство като чипа от литиев ниобат би могло следователно да осигури по-малко инвазивна алтернатива на настоящите спектрографски техники.
„Можете да си представите изпращане на терахерцово лъчение през материал, който ви интересува, и анализиране, за да измерите реакцията на материала, в зависимост от неговата молекулярна структура.Всичко това от устройство, по-малко от кибритена глава“, каза тя.
След това Benea-Chelmus планира да се съсредоточи върху настройването на свойствата на вълноводите и антените на чипа, за да проектира вълнови форми с по-големи амплитуди и по-фино настроени честоти и скорости на затихване.Тя също така вижда потенциал терагерцовата технология, разработена в нейната лаборатория, да бъде полезна за квантови приложения.
„Има много фундаментални въпроси, които трябва да бъдат разгледани;например, интересуваме се дали можем да използваме такива чипове за генериране на нови видове квантово лъчение, които могат да бъдат манипулирани в изключително кратки срокове.Такива вълни в квантовата наука могат да се използват за контрол на квантови обекти“, заключи тя.
Време на публикуване: 14 февруари 2023 г