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物理学家研制出用于6G的光学元件
发布时间:2024-06-24 10:30:23 阅读:153

来源:Skolkovo Institute of Science and Technology;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 韦元培 编译

螺旋区域板制造过程。资料来源:Arina Radivon 等人

    由来自Skoltech、MIPT 和 ITMO 的物理学家组成的联合团队开发出一种光学元件,有助于管理太赫兹光束的特性,并将其分成几个通道。这种新装置可用作太赫兹涡旋束的调制器和发生器,用于医疗、6G 通信和显微镜。该论文发表在《先进光学材料》杂志上。

    快速发展的太赫兹技术涉及到介于微波和红外频段之间的约1万亿赫兹或1太赫兹的频率传输信号。它将用于高速6G通信以及医学领域作为 X 射线的替代品。研究人员目前正致力于制造适应这些频率的光学元件,以及可用于传输此类信号的发生器。

    来自MIPT和Skoltech的物理学家联合开发了一种基于碳纳米管的变焦菲涅尔区板,它可以聚焦太赫兹辐射,并通过拉伸调整板的特性。在最近的研究中,研究人员与 ITMO 联手合成了一种可在太赫兹范围内工作的光学元件。

    "我们与Skoltech和ITMO一起赢得了光子学联合研究项目的 Clover 竞赛,并决定创造一个螺旋区域板。ITMO 对板的形状和性能进行了设计计算,Skoltech 合成了纳米材料并制造了具有预期几何形状的板,而MIPT 利用俄罗斯科学院普通物理研究所的设施对板进行了实验测试,"MIPT 纳米光学和等离子体实验室的高级研究员 Maria Burdanova 说。

    这种新型平板由碳纳米管薄膜制成,能扭曲穿过它的太赫兹光束的波面。在实验中,研究小组将两块板并排放置,然后相对旋转,从而改变了辐射强度的分布,并将光束分成几个不同辐射强度的区域(模式),每个模式都可以用作信息传输通道。

调制器焦点附近光束强度和相位的空间分布示例。资料来源:改编自 Arina Radivon 等人的文章。

    研究小组利用太赫兹成像法对平板的特性进行了实验测试。将一个强大的辐射源对准平板,利用亚波长孔径和基于高莱单元的二维光栅扫描系统检测电磁场强度的分布。研究人员利用生成的图像来确保平板产生扭曲的光束,并检查强度模式。

    这种新型调制器适用于包括太赫兹显微镜和生物医学在内的各种需要聚焦和重新定位光束的应用。

    "由于缺乏统一的仪器和设备标准,开发太赫兹频段是一项重要挑战。与此同时,它也为开展竞争性研究和创造巧妙的解决方案打开了大门。凸显碳纳米管前景的一个主要特点是,可以通过原子、超分子和微米级别的响应,创造出具有不同效应微调特性的多功能设备。

    "我们的联合团队首次成功引入了一种额外的效应:不同纳米管图案之间的相互作用。这为未来的设备铺平了道路。令人惊讶的是,这项研究从最初的想法到概念验证只用了不到九个月的时间,这是我职业生涯中迄今为止最快的项目之一。

    "如果没有 ITMO、MIPT 和 Skoltech 的共同努力,这一突破是不可能实现的。这凸显了种子计划在加强俄罗斯研究团队之间国内合作方面的潜力。"Skoltech光子技术公司副教授德米特里-克拉斯尼科夫(Dmitry Krasnikov)评论说.

    "我们的 Clover 项目今年已经延期。我们计划在相同螺旋区板的基础上制造太赫兹自适应变焦装置,但要增强操纵能力。我们还希望为已有的设备申请专利,"Burdanova 补充道。

    2023 年,Skoltech、MIPT和ITMO大学发起了 "三叶草 "计划,以支持合作研究并促进国内三所顶尖大学在光子学领域的合作。三叶草计划面向刚刚开始科学生涯的学生、研究人员和博士后,让他们参与前沿研究项目,并促进顶尖研究团队之间的流动。

    长期目标是在俄罗斯启动光子学及相关领域的大规模计划。三叶草竞赛汇聚了生物光子学、先进光子材料、拓扑光子学、光学计算以及激光物理和技术领域的顶尖研究人员。

 
 

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