Истраживачи су развили изузетно танак чип са интегрисаним фотонским колом који би се могао користити за експлоатацију такозваног терахерц јаза – који лежи између 0,3-30 ТХз у електромагнетном спектру – за спектроскопију и снимање.
Овај јаз је тренутно нешто као технолошка мртва зона, која описује фреквенције које су пребрзе за данашњу електронику и телекомуникационе уређаје, али преспоре за апликације у оптици и сликама.
Међутим, нови чип научника сада им омогућава да производе терахерц таласе са прилагођеном фреквенцијом, таласном дужином, амплитудом и фазом.Таква прецизна контрола би могла омогућити да се терахерц зрачење искористи за апликације следеће генерације и у електронском и у оптичком домену.
Рад, спроведен између ЕПФЛ, ЕТХ Цирих и Универзитета Харвард, објављен је уНатуре Цоммуницатионс.
Цристина Бенеа-Цхелмус, која је водила истраживање у Лабораторији за хибридну фотонику (ХИЛАБ) на ЕПФЛ-овој школи инжењеринга, објаснила је да, иако су терахерц таласи раније били произведени у лабораторијским условима, претходни приступи су се првенствено ослањали на крупне кристале да би генерисали прави фреквенције.Уместо тога, њена лабораторијска употреба фотонског кола, направљеног од литијум ниобата и фино урезана у нанометарској скали од стране сарадника са Универзитета Харвард, чини много једноставнији приступ.Употреба силицијумске подлоге такође чини уређај погодним за интеграцију у електронске и оптичке системе.
„Генерисање таласа на веома високим фреквенцијама је изузетно изазовно, а постоји врло мало техника које могу да их генеришу са јединственим обрасцима“, објаснила је она.„Сада смо у могућности да конструишемо тачан временски облик терахерц таласа - да у суштини кажемо: 'Желим таласни облик који изгледа овако'."
Да би то постигла, Бенеа-Цхелмусова лабораторија је дизајнирала распоред канала у чипу, који се називају таласоводи, на такав начин да се микроскопске антене могу користити за емитовање терахерц таласа генерисаних светлошћу из оптичких влакана.
„Чињеница да наш уређај већ користи стандардни оптички сигнал је заиста предност, јер то значи да се ови нови чипови могу користити са традиционалним ласерима, који функционишу веома добро и добро се разумеју.То значи да је наш уређај компатибилан са телекомуникацијама“, нагласио је Бенеа-Цхелмус.Она је додала да би минијатуризовани уређаји који шаљу и примају сигнале у терахерцном опсегу могли да играју кључну улогу у мобилним системима шесте генерације (6Г).
У свету оптике, Бенеа-Цхелмус види посебан потенцијал за минијатуризоване чипове литијум ниобата у спектроскопији и сликању.Поред тога што нису јонизујући, терахерц таласи су много ниже енергије од многих других врста таласа (као што су рендгенски зраци) који се тренутно користе за пружање информација о саставу материјала – било да је у питању кост или слика уља.Компактан, недеструктиван уређај као што је чип литијум ниобата могао би стога да пружи мање инвазивну алтернативу тренутним спектрографским техникама.
„Можете замислити да шаљете терахерц зрачење кроз материјал који вас занима и анализирате га да бисте измерили одговор материјала, у зависности од његове молекуларне структуре.Све ово из уређаја мањег од главе шибице“, рекла је она.
Следеће, Бенеа-Цхелмус планира да се фокусира на подешавање својстава таласовода и антена чипа за пројектовање таласних облика са већим амплитудама и финије подешеним фреквенцијама и стопама опадања.Она такође види потенцијал да терахерц технологија развијена у њеној лабораторији буде корисна за квантне апликације.
„Постоји многа фундаментална питања за решавање;на пример, занима нас да ли можемо да користимо такве чипове за генерисање нових типова квантног зрачења којима се може манипулисати у изузетно кратким временским размацима.Такви таласи у квантној науци могу се користити за контролу квантних објеката“, закључила је она.
Време поста: 14. фебруар 2023