Forskere udforsker, hvordan terahertz-bølger interagerer med linser med bulls-eye-mønstre

Normaliserede transmissionsspektre af bull's-eye struktur kortlagt som en funktion af vinklen og frekvenserne. (a) viser de eksperimentelle resultater. (b) viser de beregnede resultater fra den analytiske model beskrevet af lign. (3). (c) viser resultaterne af FEM-simuleringen. Intensiteterne er plottet i log-skala. I eksperimentet måles spektre med et vinkeltrin på 0,1^∘ fra 0 til 8^∘ og frekvensinterval på 5 GHz fra 1,2 til 2,1 THz. I den analytiske og numeriske simulering er vinkeltrinnet 0,1^∘ og frekvenstrin er 12 GHz. De stiplede linjer er resonansfrekvenser beregnet ud fra lign. Kredit:Fysisk gennemgang anvendt (2022). DOI:10.1103/PhysRevApplied.17.054020

Nye terahertz-enheder såsom biosensorer og antenner i hurtige kommunikationssystemer kan drage fordel af en analyse af en terahertz-linse med en bull's-eye-struktur udført af et all-RIKEN team.

Terahertz-bølger er såkaldte, fordi de typisk har frekvenser mellem 0,1 og 10 terahertz (1 terahertz er en billion cyklusser i sekundet). De er klemt mellem mikrobølge- og infrarøde områder på det elektromagnetiske spektrum. Nye teknologier baseret på terahertz-bølger tager fart inden for områder som billeddannelse, trådløs kommunikation og sensorer.

Linser bestående af koncentriske riller bruges almindeligvis til at fokusere terahertz-bølger i applikationer som højopløsningsbilleddannelse og antenner til hurtig trådløs kommunikation. Disse bull's-eye-strukturer tragter forplantende terahertz-bølger ind i åbninger, der er mindre end bølgelængden af terahertz-strålingen. Men indtil videre er deres fokuseringspræstation kun blevet målt for terahertz-bølger, der rammer dem i firkant og ikke for bølger, der rammer dem skråt.

"Disse linser afhænger stærkt af vinklen på den indfaldende terahertz-bølge," siger Yu Tokizane fra RIKEN Center for Advanced Photonics. "Denne vinkelafhængighed er blevet ignoreret i tidligere undersøgelser, fordi målinger ved skrå indfald er vanskelige på grund af den lave signalintensitet. Imidlertid kræver mange praktiske anvendelser af terahertz bull's-eye strukturen forskellige indfaldsvinkler."

Nu har Tokizane, Hiroaki Minamide og tre medarbejdere, alle på RIKEN Center for Advanced Photonics, målt reaktionen af en bull's-eye strukturlinse på terahertzbølger, der rammer den i vinkler mellem 0 og 8 grader.

"Vores resultater vil være nyttige til at optimere koblingseffektiviteten af bull's-eye antenner, en type enhed, der kan bruges i spektroskopiske og rækkevidde applikationer," siger Tokizane.

Holdet opdagede, at linserne opretter to resonanser:en hovedresonans, der varierer med indfaldsvinklen, og en sidesløjfe til hovedresonansen. Disse resultater kunne godt gengives med en simpel model.

"De målte spektre af bull's-eye-strukturen ser komplicerede ud ved første øjekast," bemærker Tokizane. "Men vores model beskriver de eksperimentelle resultater inklusive bittesmå toppe, hvilket gør os sikre på, at de eksperimentelle resultater ikke er artefakter. I denne undersøgelse var det interessant at opdage, at tilsyneladende komplicerede resultater er korrekte og kun konsekvenser af simple fysiske fænomener uden smarte antagelser. ."

Undersøgelsen er publiceret i Physical Review Applied . + Udforsk yderligere

Resonant tunneling diode oscillatorer til terahertz-bølge detektion

Sidste artikelForskere udvikler scanningstunnelmikroskopi med højere billedhastighed

Næste artikelAvancerede mikroskopteknikker kan bane vejen for forbedrede computerhukommelser