Разработан чип, преобразовывающий электромагнитные импульсы в терагерцевом и оптическом диапазонах на одном устройстве

Терагерцовое излучение — это диапазон волн в электромагнитном спектре с частотами выше, чем у микроволн (которые используются в телекоммуникационных технологиях, таких как Wi-Fi), но ниже, чем у инфракрасного излучения (которое используется в лазерах и оптоволокне). Благодаря короткой длине волны терагерцовые (ТГц) сигналы могут очень быстро передавать большие объёмы данных, но подключить ТГц-излучение к существующим оптическим и микроволновым технологиям крайне сложно.

Исследователи из EPFL и Гарвардского университета разработали чип, который может преобразовывать электромагнитные импульсы в терагерцевом и оптическом диапазонах на одном устройстве. Их интегрированная конструкция могла бы позволить разрабатывать устройства для сверхбыстрой связи, определения дальности, спектроскопии и вычислительной техники.

Инновационная разработка команды заключается во встраивании микроскопических структур, называемых линиями передачи, в фотонный чип из ниобата лития. Эти линии действуют как радиокабели в масштабе чипа и направляют ТГц-волны вдоль чипа. Расположив рядом вторую структуру для направления оптических (световых) волн, учёные улучшили взаимодействие и преобразование между ними с минимальными потерями энергии.

«Мы можем управлять как оптическими, так и терагерцовыми импульсами на одной платформе с помощью нашей миниатюрной схемы. Наш подход позволяет объединить фотонные и терагерцовые схемы в одном устройстве с беспрецедентной пропускной способностью», — говорит аспирант и первый автор исследования Язан Лампер.

«Помимо демонстрации первого обнаружения терагерцовых импульсов на чипе фотонной схемы из ниобата лития, мы создали электрические поля терагерцового диапазона, которые в 100 раз сильнее, и увеличили полосу пропускания в пять раз (с 680 ГГц до 3,5 ТГц)», — говорит Кристина Бенеа-Хелмус, руководитель Лаборатории гибридной фотоники.

Широкополосные терагерцовые сигналы, генерируемые гибридным устройством, можно использовать, например, для разработки радара на основе терагерцового излучения, в котором чрезвычайно короткие терагерцовые импульсы могут применяться для оценки расстояния до объекта (дальномера) с точностью до 1 миллиметра. Благодаря компактной и энергоэффективной конструкции чип также совместим с существующими фотонными технологиями, такими как лазеры, световые модуляторы и детекторы. Команда уже работает над полной миниатюризацией чипа, чтобы обеспечить его бесшовную интеграцию в системы связи и определения дальности следующего поколения, например в те, что используются в беспилотных автомобилях.

Сообщение Разработан чип, преобразовывающий электромагнитные импульсы в терагерцевом и оптическом диапазонах на одном устройстве появились сначала на Время электроники.