שבבים המשתמשים במעגלים פוטוניים משולבים יכולים לעזור לסגור את 'פער הטרה-הרץ'

חוקרים פיתחו שבב דק במיוחד עם מעגל פוטוני משולב שניתן להשתמש בו כדי לנצל את מה שנקרא פער terahertz - השוכן בין 0.3-30THz בספקטרום האלקטרומגנטי - עבור ספקטרוסקופיה והדמיה.

הפער הזה הוא כרגע אזור מת טכנולוגי, שמתאר תדרים מהירים מדי עבור מכשירי האלקטרוניקה והטלקומוניקציה של ימינו, אך איטיים מדי עבור יישומי אופטיקה והדמיה.

עם זאת, השבב החדש של המדענים מאפשר להם כעת לייצר גלי טרה-הרץ עם תדר, אורך גל, משרעת ופאזה מותאמים.בקרה מדוייקת כזו יכולה לאפשר רתימת קרינת טרה-הרץ ליישומי הדור הבא הן בתחום האלקטרוני והן בתחום האופטי.

העבודה, שנערכה בין EPFL, ETH ציריך ואוניברסיטת הרווארד, פורסמה בתקשורת טבע.

כריסטינה בניה-חלמוס, שהובילה את המחקר במעבדה לפוטוניקה היברידית (HYLAB) בבית הספר להנדסה של EPFL, הסבירה שבעוד שגלי טרה-הרץ הופקו במעבדה בעבר, גישות קודמות הסתמכו בעיקר על גבישים בתפזורת כדי ליצור את הזכות. תדרים.במקום זאת, השימוש של המעבדה שלה במעגל הפוטוני, העשוי מליתיום ניובאט ונחרט דק בקנה מידה ננומטרי על ידי משתפי פעולה באוניברסיטת הרווארד, גורם לגישה הרבה יותר יעילה.השימוש במצע סיליקון הופך את המכשיר גם למתאים לשילוב במערכות אלקטרוניות ואופטיות.

"יצירת גלים בתדרים גבוהים מאוד היא מאתגרת ביותר, ויש מעט מאוד טכניקות שיכולות ליצור אותם עם דפוסים ייחודיים", הסבירה."עכשיו אנחנו מסוגלים להנדס את הצורה הטמפורלית המדויקת של גלי טרה-הרץ - לומר בעצם, 'אני רוצה צורת גל שנראית כך'".

כדי להשיג זאת, המעבדה של Benea-Chelmus תכננה את סידור הערוצים של השבב, הנקראים מוליכי גל, כך שניתן יהיה להשתמש באנטנות מיקרוסקופיות כדי לשדר גלי טרה-הרץ שנוצרים על ידי אור מסיבים אופטיים.

"העובדה שהמכשיר שלנו כבר עושה שימוש באות אופטי סטנדרטי היא באמת יתרון, כי זה אומר שניתן להשתמש בשבבים החדשים האלה עם לייזרים מסורתיים, שעובדים טוב מאוד ומובנים היטב.זה אומר שהמכשיר שלנו תואם טלקומוניקציה", הדגישה בניה-חלמוס.היא הוסיפה כי מכשירים ממוזערים ששולחים ומקבלים אותות בטווח הטרה-הרץ יכולים למלא תפקיד מפתח במערכות ניידות מהדור השישי (6G).

בעולם האופטיקה, Benea-Chelmus רואה פוטנציאל מיוחד לשבבי ליתיום ניובאט ממוזערים בספקטרוסקופיה והדמיה.בנוסף להיותם בלתי מייננים, גלי טרה-הרץ הם בעלי אנרגיה נמוכה בהרבה מאשר סוגים רבים אחרים של גלים (כגון קרני רנטגן) המשמשים כיום כדי לספק מידע על הרכב החומר - בין אם זה עצם או ציור שמן.מכשיר קומפקטי, לא הרסני כמו שבב הליתיום ניובאט יכול אפוא לספק חלופה פחות פולשנית לטכניקות הספקטרוגרפיות הנוכחיות.

"אתה יכול לדמיין לשלוח קרינת טרה-הרץ דרך חומר שאתה מעוניין בו ולנתח אותו כדי למדוד את התגובה של החומר, בהתאם למבנה המולקולרי שלו.כל זה ממכשיר קטן יותר מראש גפרור", אמרה.

בשלב הבא, Benea-Chelmus מתכננת להתמקד בכוונון המאפיינים של מובילי הגלים והאנטנות של השבב כדי להנדס צורות גל עם אמפליטודות גדולות יותר, ותדרים מכוונים יותר וקצבי דעיכה.היא גם רואה פוטנציאל לטכנולוגיית terahertz שפותחה במעבדה שלה להיות שימושית עבור יישומים קוונטיים.

"יש הרבה שאלות בסיסיות שצריך להתייחס אליהן;לדוגמה, אנו מתעניינים אם נוכל להשתמש בשבבים כאלה כדי ליצור סוגים חדשים של קרינה קוונטית שניתן לתמרן בטווחי זמן קצרים ביותר.גלים כאלה במדע הקוונטים יכולים לשמש כדי לשלוט בעצמים קוונטיים", סיכמה.