Истраживачи су развили изузетно танак чип са интегрисаним фотонским колом који би се могао користити за искоришћавање такозваног терахерцног јаза – који се налази између 0,3-30 ТХз у електромагнетном спектру – за спектроскопију и снимање.
Ова празнина је тренутно нека врста технолошке мртве зоне, описујући фреквенције које су пребрзе за данашње електронске и телекомуникационе уређаје, али преспоре за оптику и примене у области снимања.
Међутим, нови чип научника сада им омогућава да производе терахерцне таласе са прилагођеном фреквенцијом, таласном дужином, амплитудом и фазом. Таква прецизна контрола могла би омогућити искоришћавање терахерцног зрачења за примене следеће генерације, како у електронској тако и у оптичкој области.
Рад, спроведен између EPFL-а, ETH Цириха и Универзитета Харвард, објављен је уПриродне комуникације.
Кристина Бенеа-Челмус, која је водила истраживање у Лабораторији за хибридну фотонику (HYLAB) на Техничком факултету ЕПФЛ-а, објаснила је да, иако су терахерцни таласи и раније произведени у лабораторијским условима, претходни приступи су се првенствено ослањали на кристале у расутом стању за генерисање правих фреквенција. Уместо тога, употреба фотонског кола у њеној лабораторији, направљеног од литијум ниобата и фино нагризаног на нанометарској скали од стране сарадника са Универзитета Харвард, омогућава 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 и постоји врло мало техника које их могу генерисати са јединственим обрасцима“, објаснила је. „Сада смо у могућности да пројектујемо тачан временски облик терахерцних таласа – да у суштини кажемо: 'Желим таласни облик који изгледа овако'.“
Да би се ово постигло, лабораторија Бенеа-Челмус је дизајнирала распоред канала чипа, названих таласоводи, на такав начин да се микроскопске антене могу користити за емитовање терахерцних 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 веома добро раде и веома су добро разумљиви. То значи да је наш уређај компатибилан са телекомуникацијама“, нагласила је Бенеа-Челмус. Додала је да би минијатуризовани уређаји који шаљу и примају сигнале у терахерцном опсегу могли играти кључну улогу у мобилним системима шесте генерације (6G).
У свету оптике, Бенеа-Челмус види посебан потенцијал за минијатуризоване литијум-ниобатне чипове у спектроскопији и снимању. Поред тога што нису јонизујући, терахерцни 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 уљана слика. Компактни, недеструктивни уређај попут литијум-ниобатног чипа би стога могао да пружи мање инвазивну алтернативу тренутним спектрографским техникама.
„Можете замислити да шаљете терахерцно зрачење кроз материјал који вас занима и анализирате га како бисте измерили одзив материјала, у зависности од његове молекуларне структуре. Све то са уређаја мањег од главе шибице“, рекла је она.
Затим, Бенеа-Челмус планира да се фокусира на подешавање својстава таласовода и антена чипа како би се пројектовали таласни облици са већим амплитудама и финије подешеним фреквенцијама и брзинама опадања. Она такође види потенцијал да терахерцна технологија развијена у њеној лабораторији буде корисна за квантне примене.
„Постоји много фундаменталних питања на која треба одговорити; на пример, занима нас да ли можемо да користимо такве чипове за генерисање нових врста квантног зрачења којима се може манипулисати у изузетно кратким временским роковима. Такви таласи у квантној науци могу се користити за контролу квантних објеката“, закључила је она.
Време објаве: 14. фебруар 2023.
