Електромагнітні хвилі терагерцевої частоти мають значні перспективи для розвитку комунікацій, а також технологій сканування та зображення. Однак використання їх потенціалу пов’язане з перешкодами. Команда з Університету Тохоку зробила прорив, створивши новий тип регульованого фільтра спеціально для терагерцового спектра хвиль. Їхні висновки були опубліковані в журналі Optics Letters.
Хвилі терагерцового діапазону займають область електромагнітного спектра між мікрохвильовою та інфрачервоною частотами. Вони мають вищу частоту (коротшу довжину хвилі), ніж радіохвилі, але нижчу частоту, ніж видиме світло. Спектр радіохвиль, що стає все більш перевантаженим, передає величезну кількість даних, що передаються через WiFi, Bluetooth і сучасні системи зв’язку мобільних телефонів (мобільних телефонів).
Скупчення сигналів у нижчих частинах електромагнітного спектра є одним зі стимулів для вивчення варіантів у терагерцовій області. Інша — здатність підтримувати надвисокі швидкості передачі даних. Однак ключовою проблемою використання терагерцових сигналів для звичайного застосування є можливість налаштування та фільтрації сигналів на певних частотах. Фільтрація потрібна, щоб уникнути перешкод від сигналів за межами потрібного діапазону частот.
Прорив у терагерцевій фільтрації
«Ми створили та продемонстрували частотно-регульований фільтр для терагерцових хвиль, який досяг вищої швидкості передачі та кращої якості сигналу, ніж звичайні системи, розкриваючи потенціал терагерцового бездротового зв’язку», — каже Йошіакі Канаморі з команди Tohoku. Він додає, що робота також може бути більш широко застосована за межами терагерцового діапазону частот.
Новий терагерцевий фільтр заснований на пристрої під назвою інтерферометр Фабрі-Перо, який, як і всі інші інтерферометри, спирається на інтерференційні картини, створені, коли різні хвилі електромагнітного випромінювання взаємодіють одна з одною, коли вони відбиваються між дзеркалами. Версія дослідників використовує дрібно структуровані решітки з проміжками, меншими за довжину хвилі, що взаємодіють, як матеріал між дзеркалами. Змінне розтягування решіток дозволяє точно контролювати їхній показник заломлення, необхідний для налаштування ефекту фільтрації інтерферометра. Це дозволяє передавати лише бажану частоту. Використання різних граток дозволяє контролювати різні вибрані діапазони частот.
Розширення додатків і переваг
Команда продемонструвала застосування своєї системи для частот, придатних для сигналів мобільних телефонів наступного покоління (6G).
«На додаток до застосування нашого методу в системах зв’язку, ми також передбачаємо використання в технологіях сканування та обробки зображень у медицині та промисловості», — каже Канаморі.
Однією з переваг терагерцових хвиль у скануванні та візуалізації є те, що вони можуть легко проникати через матеріали, включаючи біологічні тканини, які блокують проходження світла. Окрім медичних застосувань, це може запропонувати можливості для аналізу матеріалів, систем безпеки та контролю якості у виробництві.
«Загалом наша робота пропонує простий і економічно ефективний метод фільтрації та активного контролю терагерцових хвиль, що може сприяти їх використанню в багатьох програмах», — підсумовує Канаморі.