研究者は、いわゆるテラヘルツ ギャップ (電磁スペクトルで 0.3 ～ 30THz の間にある) を分光法とイメージングに活用するために使用できる、統合フォトニック回路を備えた非常に薄いチップを開発しました。
このギャップは現在、技術的なデッド ゾーンのようなものであり、今日の電子機器や電気通信デバイスには速すぎるが、光学や画像アプリケーションには遅すぎる周波数を表しています。
しかし、科学者の新しいチップにより、調整された周波数、波長、振幅、および位相でテラヘルツ波を生成できるようになりました。このような正確な制御により、電子と光学の両方の分野でテラヘルツ放射を次世代のアプリケーションに利用できるようになる可能性があります。
EPFL、ETH チューリッヒ、ハーバード大学の間で実施された研究は、ネイチャー・コミュニケーションズ。
EPFL 工学部のハイブリッド フォトニクス研究所 (HYLAB) で研究を率いたクリスティーナ ベネア チェルムス氏は、テラヘルツ波はこれまで実験室で生成されていましたが、以前のアプローチは主にバルク結晶に依存して適切な波を生成していたと説明しました。周波数。代わりに、ニオブ酸リチウムから作られ、ハーバード大学の共同研究者によってナノメートル スケールで細かくエッチングされたフォトニック回路を彼女の研究室で使用すると、はるかに合理化されたアプローチが可能になります。シリコン基板を使用することで、デバイスは電子システムや光学システムへの統合にも適しています。
「非常に高い周波数で波を生成することは非常に困難であり、独自のパターンで波を生成できる技術はほとんどありません」と彼女は説明しました。「今では、テラヘルツ波の正確な時間的形状を設計できるようになりました。本質的に言えば、『このような波形が欲しい』ということです。」
これを達成するために、Benea-Chelmus の研究室は、光ファイバーからの光によって生成されたテラヘルツ波をブロードキャストするために微細なアンテナを使用できるように、導波路と呼ばれるチップのチャネルの配置を設計しました。
「私たちのデバイスがすでに標準的な光信号を利用しているという事実は、本当に有利です。なぜなら、これらの新しいチップを、非常にうまく機能し、非常によく理解されている従来のレーザーで使用できることを意味するからです。これは、私たちのデバイスが電気通信に対応していることを意味します」と Benea-Chelmus 氏は強調しました。彼女は、テラヘルツ範囲で信号を送受信する小型化されたデバイスが、第 6 世代モバイル システム (6G) で重要な役割を果たす可能性があると付け加えました。
光学の世界では、Benea-Chelmus は、分光法とイメージングにおける小型化されたニオブ酸リチウム チップに特別な可能性を見出しています。テラヘルツ波は非電離性であることに加えて、骨や油絵など、材料の組成に関する情報を提供するために現在使用されている他の多くのタイプの波 (X 線など) よりもはるかに低エネルギーです。したがって、ニオブ酸リチウムチップのようなコンパクトで非破壊的なデバイスは、現在の分光技術に代わる侵襲性の低い代替手段となる可能性があります。
「関心のある物質にテラヘルツ放射を送り、それを分析して、その分子構造に応じて物質の応答を測定することを想像してみてください。これはすべて、マッチの頭よりも小さいデバイスからのものです」と彼女は言いました。
次に、Benea-Chelmus は、チップの導波管とアンテナの特性を微調整して、振幅を大きくし、周波数と減衰率をより細かく調整した波形を設計することに焦点を当てる予定です。彼女はまた、彼女の研究室で開発されたテラヘルツ技術が量子アプリケーションに役立つ可能性があると考えています。
「取り組むべき根本的な問題がたくさんあります。たとえば、そのようなチップを使用して、非常に短い時間スケールで操作できる新しいタイプの量子放射線を生成できるかどうかに関心があります。量子科学におけるこのような波は、量子オブジェクトを制御するために使用できます」と彼女は結論付けました。
投稿時間: 2023 年 2 月 14 日