Интегральные фотонные схемы могут помочь закрыть «терагерцовую щель»

Прочитано: 123 раз(а)


Исследователи EPFL сотрудничали с коллегами из Гарварда и ETH Zurich над новой тонкопленочной схемой, которая при подключении к лазерному лучу создает точно настраиваемые волны терагерцовой частоты. Устройство открывает мир потенциальных приложений в оптике и телекоммуникациях.

Исследователи во главе с Кристиной Бенеа-Челмус из Лаборатории гибридной фотоники (HYLAB) Инженерной школы EPFL сделали большой шаг к успешному использованию так называемого терагерцового зазора, который находится в диапазоне от 300 до 30 000 гигагерц (от 0,3 до 30 ТГц). на электромагнитном спектре. Этот диапазон в настоящее время является чем-то вроде технологической мертвой зоны, описывая частоты, которые слишком высоки для современной электроники и телекоммуникационных устройств, но слишком медленны для оптики и приложений обработки изображений.

Теперь, благодаря чрезвычайно тонкому чипу со встроенной фотонной схемой из ниобата лития , исследователи HYLAB и их коллеги из ETH Zurich и Гарвардского университета преуспели не только в создании терагерцовых волн, но и в разработке решения для индивидуальной настройки их частоты. длина волны, амплитуда и фаза.

Такой точный контроль над терагерцовым излучением означает, что теперь его потенциально можно использовать для приложений следующего поколения как в электронной, так и в оптической областях. Результаты недавно были опубликованы в Nature Communications .

«Наблюдение за тем, как устройства излучают излучение со свойствами, которые мы предопределили, было подтверждением того, что наша модель была правильной», — говорит соавтор Алекса Хертер, в настоящее время доктор философии. студентка ETH Zurich.

«Это стало возможным благодаря уникальным характеристикам интегрированной фотоники на ниобате лития», — добавляет соавтор исследования Амирхассан Шамс-Ансари, научный сотрудник Гарвардского университета.

Телекоммуникации готовы

Бенеа-Челмус объясняет, что хотя такие терагерцовые волны и раньше создавались в лабораторных условиях, предыдущие подходы основывались в основном на объемных кристаллах для генерации нужных частот. Использование в ее лаборатории схемы ниобата лития, точно выгравированной в нанометровом масштабе сотрудниками Гарвардского университета, делает их новый подход гораздо более упорядоченным. Использование кремниевой подложки также делает устройство пригодным для интеграции в электронные и оптические системы.

«Генерация волн на очень высоких частотах чрезвычайно сложна, и существует очень мало методов, которые могут генерировать их с уникальными шаблонами. вот так», — объясняет она.

Чтобы добиться этого, лаборатория Бенеа-Челмуса разработала расположение каналов чипа, называемых волноводами, из которых микроскопические антенны передают терагерцовые волны, генерируемые светом из оптических волокон.

«Тот факт, что наше устройство уже использует стандартный оптический сигнал, действительно является преимуществом, потому что это означает, что эти новые чипы могут использоваться с традиционными лазерами, которые очень хорошо работают и очень хорошо изучены. Это означает, что наше устройство является телекоммуникационным… совместимы», — подчеркивает Бенеа-Хелмус. Она добавляет, что миниатюрные устройства, отправляющие и принимающие сигналы в терагерцовом диапазоне, могут сыграть ключевую роль в мобильных системах шестого поколения (6G).

В мире оптики Бенеа-Челмус видит особый потенциал миниатюрных чипов ниобата лития в спектроскопии и визуализации. В дополнение к тому, что они не ионизируют, терагерцовые волны обладают гораздо меньшей энергией, чем многие другие типы волн (например, рентгеновские лучи), которые в настоящее время используются для получения информации о составе материала — будь то кость или картина маслом. Таким образом, компактное неразрушающее устройство, такое как чип из ниобата лития, могло бы стать менее инвазивной альтернативой современным спектрографическим методам.

«Вы можете представить, что пропускаете терагерцовое излучение через интересующий вас материал и анализируете его для измерения отклика материала в зависимости от его молекулярной структуры. Все это с помощью устройства размером меньше спичечной головки».

Квантовое будущее

Затем Бенеа-Челмус планирует сосредоточиться на настройке свойств волноводов и антенн чипа, чтобы создавать сигналы с большей амплитудой, а также с более точной настройкой частот и скоростей затухания. Она также видит потенциал терагерцовой технологии, разработанной в ее лаборатории, для применения в квантовых приложениях.

«Есть много фундаментальных вопросов, требующих решения; например, нас интересует, можем ли мы использовать такие чипы для генерации новых типов квантового излучения, которыми можно манипулировать в чрезвычайно короткие промежутки времени. Такие волны в квантовой науке можно использовать для управления квантовыми объектами.»

Интегральные фотонные схемы могут помочь закрыть «терагерцовую щель»



Новости партнеров