os investigadores han desarrollado un chip extremadamente delgado con un circuito fotónico integrado que podría usarse para explotar la llamada brecha de terahercios, que se encuentra entre 0,3 y 30 THz en el espectro electromagnético, para espectroscopia e imágenes.
Esta brecha es actualmente una especie de zona muerta tecnológica, que describe frecuencias que son demasiado rápidas para los dispositivos electrónicos y de telecomunicaciones actuales, pero demasiado lentas para las aplicaciones ópticas y de imágenes.
Sin embargo, el nuevo chip de los científicos ahora les permite producir ondas de terahercios con frecuencia, longitud de onda, amplitud y fase adaptadas.Un control tan preciso podría permitir que la radiación de terahercios se aproveche para aplicaciones de próxima generación tanto en el ámbito electrónico como en el óptico.
El trabajo, realizado entre EPFL, ETH Zurich y la Universidad de Harvard, ha sido publicado enComunicaciones de la naturaleza.
Cristina Benea-Chelmus, quien dirigió la investigación en el Laboratorio de Fotónica Híbrida (HYLAB) en la Escuela de Ingeniería de la EPFL, explicó que si bien las ondas de terahercios se han producido antes en un entorno de laboratorio, los enfoques anteriores se han basado principalmente en cristales a granel para generar el derecho. frecuenciasEn cambio, el uso de su laboratorio del circuito fotónico, hecho de niobato de litio y finamente grabado a escala nanométrica por colaboradores de la Universidad de Harvard, lo convierte en un enfoque mucho más simplificado.El uso de un sustrato de silicio también hace que el dispositivo sea adecuado para la integración en sistemas electrónicos y ópticos.
“Generar ondas a frecuencias muy altas es extremadamente desafiante y hay muy pocas técnicas que puedan generarlas con patrones únicos”, explicó."Ahora podemos diseñar la forma temporal exacta de las ondas de terahercios, para decir esencialmente: 'Quiero una forma de onda que se vea así'".
Para lograr esto, el laboratorio de Benea-Chelmus diseñó la disposición de los canales del chip, llamados guías de onda, de tal manera que las antenas microscópicas pudieran usarse para transmitir ondas de terahercios generadas por la luz de las fibras ópticas.
“El hecho de que nuestro dispositivo ya utilice una señal óptica estándar es realmente una ventaja, porque significa que estos nuevos chips se pueden usar con láseres tradicionales, que funcionan muy bien y se entienden muy bien.Significa que nuestro dispositivo es compatible con las telecomunicaciones”, enfatizó Benea-Chelmus.Agregó que los dispositivos miniaturizados que envían y reciben señales en el rango de los terahercios podrían jugar un papel clave en los sistemas móviles de sexta generación (6G).
En el mundo de la óptica, Benea-Chelmus ve un potencial particular para los chips de niobato de litio miniaturizados en espectroscopia e imagen.Además de no ser ionizantes, las ondas de terahercios tienen una energía mucho menor que muchos otros tipos de ondas (como los rayos X) que se utilizan actualmente para proporcionar información sobre la composición de un material, ya sea un hueso o una pintura al óleo.Por lo tanto, un dispositivo compacto y no destructivo como el chip de niobato de litio podría proporcionar una alternativa menos invasiva a las técnicas espectrográficas actuales.
“Podrías imaginarte enviando radiación de terahercios a través de un material que te interese y analizándolo para medir la respuesta del material, dependiendo de su estructura molecular.Todo esto desde un dispositivo más pequeño que la cabeza de un fósforo”, dijo.
A continuación, Benea-Chelmus planea concentrarse en ajustar las propiedades de las guías de onda y las antenas del chip para diseñar formas de onda con mayores amplitudes y frecuencias y tasas de caída más finamente sintonizadas.También ve potencial para que la tecnología de terahercios desarrollada en su laboratorio sea útil para aplicaciones cuánticas.
“Hay muchas cuestiones fundamentales que abordar;por ejemplo, estamos interesados en saber si podemos usar tales chips para generar nuevos tipos de radiación cuántica que puedan manipularse en escalas de tiempo extremadamente cortas.Tales ondas en la ciencia cuántica pueden usarse para controlar objetos cuánticos”, concluyó.
Hora de publicación: 14-feb-2023