חוקרים מאוניברסיטת טוהוקו פיתחו מסנן שניתן לכוונן לאותות גלי טרה-הרץ, המאפשר קצבי שידור גבוהים יותר ואיכות אות משופרת. פריצת דרך זו, הכרחית לקידום יישומי טרה-הרץ בתקשורת, הדמיה רפואית וניתוח תעשייתי, מבטיחה לפתוח את מלוא הפוטנציאל של גלי טרה-הרץ בתחומים שונים.
גלים אלקטרומגנטיים בתדר Terahertz טומנים בחובם הבטחה משמעותית להתקדמות בתקשורת, כמו גם בטכנולוגיות סריקה והדמיה. עם זאת, ניצול הפוטנציאל שלהם טומן בחובו מכשולים. צוות מאוניברסיטת Tohoku עשה פריצת דרך על ידי יצירת סוג חדש של מסנן מתכוונן במיוחד עבור ספקטרום גלי ה-terahertz. הממצאים שלהם פורסמו בכתב העת אותיות אופטיקה.
גלי Terahertz תופסים אזור של הספקטרום האלקטרומגנטי בין תדרי מיקרוגל ותדרי אינפרא אדום. יש להם תדר גבוה יותר (אורך גל קצר יותר) מגלי רדיו, אך תדר נמוך יותר מאשר אור נראה. ספקטרום גלי הרדיו העמוס יותר ויותר נושא את הכמות העצומה של נתונים המועברים על ידי WiFi, בלוטות' ומערכות תקשורת נוכחיות של טלפונים ניידים (סלולריים).
קונספט סכמטי של המסנן הניתן לכוונון שפותח. (א) תצוגת חתך של המסנן; (ב) קשר בין תקופה למקדם השבירה; (ג) שינוי תדר עקב שינוי מקדם השבירה. קרדיט: Ying Huang et al.
גודש האותות בחלקים בתדר נמוך יותר של הספקטרום האלקטרומגנטי הוא תמריץ אחד לבחינת האפשרויות באזור הטרה-הרץ. נוסף הוא היכולת לתמוך בקצבי העברת נתונים גבוהים במיוחד. עם זאת, אתגר מרכזי בשימוש באותות טרה-הרץ ליישום שגרתי, הוא להיות מסוגל לכוון ולסנן את האותות בתדרים ספציפיים. נדרש סינון כדי למנוע הפרעות מאותות מחוץ לתחום התדרים הרצוי.
פריצת דרך בסינון Terahertz
"בנינו והדגמנו מסנן מתכוונן בתדרים עבור גלי טרה-הרץ, שהשיג קצב שידור גבוה יותר ואיכות אות טובה יותר ממערכות קונבנציונליות, וחושף את הפוטנציאל לתקשורת אלחוטית של טרה-הרץ", אומר Yoshiaki Kanamori מצוות Tohoku. הוא מוסיף שאפשר ליישם את העבודה בצורה רחבה יותר גם מחוץ לתחום התדרים של הטרה-הרץ.
מטא-חומר המשתנה של אינדקס השבירה המכני. קרדיט: Ying Huang et al.
מסנן הטרה-הרץ החדש מבוסס על מכשיר הנקרא אינטרפרומטר Fabry-Perot, אשר, כמו כל האינטרפרומטרים, מסתמך על דפוסי ההפרעות הנוצרים כאשר גלים שונים של קרינה אלקטרומגנטית מתקשרים זה עם זה כשהם קופצים בין מראות. גרסת החוקרים משתמשת בסורגים בעלי מבנה דק, עם מרווחים קטנים מאורך הגל של הגלים המקיימים אינטראקציה, כחומר בין המראות. מתיחה משתנה של הסורגים מאפשרת שליטה עדינה של אינדקס השבירה שלהם הנחוצה כדי לכוון את אפקט הסינון של האינטרפרומטר. זה מאפשר לשדר רק את התדר הרצוי. שימוש בסורגים שונים מאפשר שליטה על טווחי תדרים נבחרים שונים.
הרחבת יישומים ויתרונות
הצוות הדגים את האפליקציה של המערכת שלהם לתדרים המתאימים לאותות הטלפון הנייד של הדור הבא (6G).
כוונון מקדם השבירה והתדירות על ידי בקרת תקופה. קרדיט: Ying Huang et al.
"בנוסף ליישום השיטה שלנו במערכות תקשורת, אנו רואים גם שימושים בטכנולוגיות סריקה והדמיה ברפואה ובתעשייה", אומר קנאמורי.
יתרון אחד של גלי טרה-הרץ בסריקה והדמיה הוא שהם יכולים לחדור בקלות חומרים, כולל רקמות ביולוגיות, החוסמות את מעבר האור. בנוסף ליישומים רפואיים, זה יכול להציע הזדמנויות לניתוח חומרים, מערכות אבטחה ובקרת איכות בייצור.
"בסך הכל, העבודה שלנו מציעה שיטה פשוטה וחסכונית לסינון ובקרה אקטיבית של גלי טרה-הרץ, מה שיכול לקדם את השימוש בהם ביישומים רבים", מסכם קנאמורי.
