يمكن للشرائح التي تستخدم الدوائر الضوئية المتكاملة أن تساعد في سد فجوة تيراهيرتز

طور الباحثون شريحة رفيعة للغاية بدائرة ضوئية متكاملة يمكن استخدامها لاستغلال ما يسمى بفجوة تيراهيرتز - الواقعة بين 0.3 إلى 30 هرتز في الطيف الكهرومغناطيسي - من أجل التحليل الطيفي والتصوير.

تعد هذه الفجوة حاليًا بمثابة منطقة ميتة تكنولوجيًا ، حيث تصف الترددات السريعة جدًا بالنسبة لأجهزة الإلكترونيات والاتصالات السلكية واللاسلكية اليوم ، ولكنها بطيئة جدًا بالنسبة لتطبيقات البصريات والتصوير.

ومع ذلك ، فإن الشريحة الجديدة للعلماء تمكنهم الآن من إنتاج موجات تيراهيرتز بتردد مخصص وطول موجة وسعة ومرحلة.يمكن لمثل هذا التحكم الدقيق أن يمكّن من تسخير إشعاع تيراهيرتز لتطبيقات الجيل التالي في كل من المجالين الإلكتروني والبصري.

تم نشر العمل ، الذي تم إجراؤه بين EPFL و ETH Zurich و University of Harvard ، فياتصالات الطبيعة.

أوضحت كريستينا بينيا خيلموس ، التي قادت البحث في مختبر الضوئيات الهجينة (HYLAB) في كلية الهندسة في EPFL ، أنه بينما تم إنتاج موجات تيراهيرتز في بيئة معملية من قبل ، فقد اعتمدت الأساليب السابقة بشكل أساسي على بلورات الكتلة لتوليد الحق. الترددات.بدلاً من ذلك ، فإن استخدام مختبرها للدائرة الضوئية ، المصنوعة من الليثيوم نيوبات ومحفورة بدقة على مقياس نانومتر من قبل متعاونين في جامعة هارفارد ، تجعل منهجًا أكثر انسيابية.كما أن استخدام ركيزة السيليكون يجعل الجهاز مناسبًا للاندماج في الأنظمة الإلكترونية والبصرية.

وأوضحت أن "توليد موجات بترددات عالية جدًا يمثل تحديًا كبيرًا ، وهناك عدد قليل جدًا من التقنيات التي يمكن أن تولدها بأنماط فريدة"."نحن الآن قادرون على هندسة الشكل الزمني الدقيق لموجات التيراهيرتز - لنقول بشكل أساسي ،" أريد شكل موجة يشبه هذا. "

لتحقيق ذلك ، صمم مختبر Benea-Chelmus ترتيب القنوات للرقاقة ، والذي يُطلق عليه اسم الدليل الموجي ، بحيث يمكن استخدام الهوائيات المجهرية لبث موجات تيراهيرتز الناتجة عن الضوء من الألياف الضوئية.

"حقيقة أن أجهزتنا تستخدم بالفعل إشارة بصرية قياسية هي ميزة حقًا ، لأنها تعني أن هذه الرقائق الجديدة يمكن استخدامها مع أجهزة الليزر التقليدية ، التي تعمل بشكل جيد للغاية ومفهومة جيدًا.هذا يعني أن جهازنا متوافق مع الاتصالات "، أكد بينيا تشيلموس.وأضافت أن الأجهزة المصغرة التي ترسل وتستقبل الإشارات في نطاق تيراهيرتز يمكن أن تلعب دورًا رئيسيًا في أنظمة الجيل السادس المتنقلة (6G).

في عالم البصريات ، يرى Benea-Chelmus إمكانات خاصة لرقائق الليثيوم niobate المصغرة في التحليل الطيفي والتصوير.بالإضافة إلى كونها غير مؤينة ، فإن موجات تيراهيرتز أقل طاقة بكثير من العديد من أنواع الموجات الأخرى (مثل الأشعة السينية) المستخدمة حاليًا لتوفير معلومات حول تكوين المادة - سواء كانت عظمًا أو لوحة زيتية.لذلك ، يمكن لجهاز مضغوط غير مدمر مثل شريحة الليثيوم niobate أن يوفر بديلاً أقل توغلاً لتقنيات الطيف الحالية.

"يمكنك أن تتخيل إرسال إشعاع تيراهيرتز من خلال مادة تهتم بها وتحليلها لقياس استجابة المادة ، اعتمادًا على هيكلها الجزيئي.كل هذا من جهاز أصغر من رأس عود ثقاب ".

بعد ذلك ، يخطط Benea-Chelmus للتركيز على تعديل خصائص موجهات الموجات والهوائيات الخاصة بالرقاقة لهندسة أشكال موجية ذات سعة أكبر وترددات مضبوطة بدقة ومعدلات انحلال.وهي ترى أيضًا إمكانية أن تكون تقنية تيراهيرتز التي تم تطويرها في مختبرها مفيدة للتطبيقات الكمية.

هناك العديد من الأسئلة الأساسية التي يجب معالجتها ؛على سبيل المثال ، نحن مهتمون بما إذا كان بإمكاننا استخدام هذه الرقائق لتوليد أنواع جديدة من الإشعاع الكمي يمكن التلاعب بها في فترات زمنية قصيرة للغاية.وخلصت إلى أن مثل هذه الموجات في علم الكم يمكن استخدامها للتحكم في الأجسام الكمومية.