Tyrėjai sukūrė itin ploną lustą su integruota fotonine grandine, kuri galėtų būti naudojama vadinamajam terahercų tarpui – esančiam tarp 0,3–30 THz elektromagnetiniame spektre – išnaudoti spektroskopijai ir vaizdavimui.
Ši spraga šiuo metu yra savotiška technologinė mirties zona, apibūdinanti dažnius, kurie yra per greiti šiuolaikinei elektronikai ir telekomunikacijų prietaisams, bet per lėti optikai ir vaizdo gavimo programoms.
Tačiau naujasis mokslininkų lustas dabar leidžia jiems generuoti terahercų bangas su individualiai pritaikytu dažniu, bangos ilgiu, amplitude ir faze. Toks tikslus valdymas galėtų leisti panaudoti terahercų spinduliuotę naujos kartos taikymams tiek elektronikos, tiek optikos srityse.
EPFL, ETH Ciuricho ir Harvardo universiteto atliktas darbas buvo paskelbtas žurnale „...Gamtos komunikacijos.
EPFL Inžinerijos mokyklos Hibridinės fotonikos laboratorijos (HYLAB) tyrimui vadovavusi Cristina Benea-Chelmus paaiškino, kad nors terahercų bangos laboratorijoje buvo generuojamos ir anksčiau, ankstesni metodai pirmiausia rėmėsi birių kristalų naudojimu tinkamiems dažniams generuoti. Vietoj to, jos laboratorijoje naudojama fotoninė grandinė, pagaminta iš ličio niobato ir smulkiai išgraviruota nanometrų skalėje Harvardo universiteto bendradarbių, leidžia pasiekti daug modernesnį metodą. Silicio substrato naudojimas taip pat leidžia įrenginį integruoti į elektronines ir optines sistemas.
„Labai aukštų dažnių bangų generavimas yra itin sudėtingas, ir yra labai mažai metodų, kurie gali generuoti jas su unikaliais modeliais“, – aiškino ji. „Dabar galime sukurti tikslią terahercų bangų formą laikinėje erdvėje – iš esmės pasakyti: „Noriu bangos formos, kuri atrodytų taip.““
Norėdama tai pasiekti, Benea-Chelmus laboratorija suprojektavo lusto kanalų, vadinamų bangolaidžiais, išdėstymą taip, kad mikroskopinės antenos galėtų būti naudojamos terahercų bangoms, generuojamoms optinių skaidulų šviesos, transliuoti.
„Tai, kad mūsų įrenginys jau naudoja standartinį optinį signalą, iš tiesų yra privalumas, nes tai reiškia, kad šiuos naujus lustus galima naudoti su tradiciniais lazeriais, kurie veikia labai gerai ir yra labai gerai suprantami. Tai reiškia, kad mūsų įrenginys yra suderinamas su telekomunikacijomis“, – pabrėžė Benea-Chelmus. Ji pridūrė, kad miniatiūriniai įrenginiai, siunčiantys ir priimantys signalus terahercų diapazone, galėtų atlikti svarbų vaidmenį šeštosios kartos mobiliojo ryšio sistemose (6G).
Optikos pasaulyje Benea-Chelmus mato ypatingą miniatiūrinių ličio niobato lustų potencialą spektroskopijoje ir vaizdavime. Be to, kad yra nejonizuojančios, terahercų bangos yra daug mažesnės energijos nei daugelis kitų bangų tipų (pvz., rentgeno spinduliai), šiuo metu naudojamų informacijai apie medžiagos sudėtį gauti – nesvarbu, ar tai kaulas, ar aliejinis paveikslas. Todėl kompaktiškas, neardomasis įrenginys, toks kaip ličio niobato lustas, galėtų būti mažiau invazinė alternatyva dabartinėms spektrografinėms technikoms.
„Galima įsivaizduoti, kad per jus dominančią medžiagą siunčiama terahercinė spinduliuotė ir analizuojama, siekiant išmatuoti medžiagos atsaką, priklausomai nuo jos molekulinės struktūros. Visa tai iš prietaiso, mažesnio už degtuko galvutę“, – sakė ji.
Toliau Benea-Chelmus planuoja sutelkti dėmesį į lusto bangolaidžių ir antenų savybių koregavimą, kad būtų galima sukurti didesnės amplitudės bangų formas, tiksliau sureguliuotus dažnius ir slopinimo greičius. Ji taip pat mato potencialą, kad jos laboratorijoje sukurta terahercų technologija būtų naudinga kvantinėms programoms.
„Reikia atsakyti į daug esminių klausimų; pavyzdžiui, mus domina, ar galime panaudoti tokius lustus naujų tipų kvantinei spinduliuotei generuoti, kurią būtų galima manipuliuoti itin trumpais laiko tarpais. Tokios bangos kvantiniame moksle gali būti naudojamos kvantiniams objektams valdyti“, – padarė ji išvadą.
Įrašo laikas: 2023 m. vasario 14 d.
