Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Fysik

Fysikere skaber optisk komponent til 6G

Fremstillingsproces for spiralzoneplader. Kredit:Arina Radivon et al.

Et fælles team af fysikere fra Skoltech, MIPT og ITMO udviklede en optisk komponent, der hjælper med at styre egenskaberne af en terahertz-stråle og opdele den i flere kanaler. Den nye enhed kan bruges som en modulator og generator af terahertz-hvirvelstråler inden for medicin, 6G-kommunikation og mikroskopi. Papiret vises i tidsskriftet Advanced Optical Materials .



Den hurtigt udviklende terahertz-teknologi involverer transmission af signaler ved omkring 1 billion hertz eller 1 THz - mellem mikrobølge- og de infrarøde frekvensbånd. Det vil blive brugt i højhastigheds 6G-kommunikation, såvel som i medicin, som et alternativ til røntgenstråler. Forskere fokuserer i øjeblikket på at skabe optiske komponenter tilpasset disse frekvenser og generatorer, der kan bruges til at transmittere sådanne signaler.

Fysikere fra MIPT og Skoltech har i fællesskab udviklet en varifokal Fresnel-zoneplade baseret på kulstofnanorør, der muliggør fokusering af THz-stråling og tuning af pladens egenskaber ved at strække. I deres nylige undersøgelse gik forskerne sammen med ITMO for at syntetisere en optisk komponent, der fungerer i THz-området.

"Sammen med Skoltech og ITMO vandt vi Clover-konkurrencen om et fælles forskningsprojekt i fotonik og besluttede at skabe en spiralzoneplade. ITMO udførte designberegninger for pladens form og opførsel, Skoltech syntetiserede nanomaterialer og fremstillede en plade med tilsigtet geometri, og MIPT testede pladen eksperimentelt ved hjælp af faciliteterne i General Physics Institute of RAS," sagde Maria Burdanova, en seniorforsker ved MIPT's Laboratory of Nanooptics and Plasmonics.

Den nye plade, der er lavet af en tynd film af kulstofnanorør, drejer bølgefronten af ​​THz-strålen, der passerer gennem den. I eksperimentet placerede holdet to plader side om side og roterede dem derefter i forhold til hinanden, ændrede fordelingen af ​​strålingsintensiteten og opdelte strålen i flere områder (modes) med forskellige strålingsintensiteter, som hver kunne bruges som en kanal for informationsoverførsel.

Eksempel på rumlig fordeling af stråleintensiteter og faser nær modulatorfokus. Kredit:Modificeret fra Arina Radivon et al.

Holdet testede eksperimentelt pladens egenskaber ved hjælp af THz-billeddannelsesmetoden. En kraftig strålingskilde blev rettet mod pladen, og fordelingen af ​​det elektromagnetiske felts intensitet blev detekteret ved hjælp af en subbølgelængdeblænde og et 2D rasterscanningssystem baseret på en Golay-celle. Forskerne brugte det resulterende billede til at sikre, at pladen producerede en snoet stråle og til at kontrollere intensitetsmønsteret.

Den nye modulator er velegnet til en række applikationer, herunder THz-mikroskopi og biomedicin, der kræver fokusering og genpositionering af strålen.

"At udnytte THz-båndet er en vigtig udfordring på grund af manglen på ensartede instrumenterings- og enhedsstandarder. Samtidig åbner det døren til konkurrencedygtig forskning og skabelsen af ​​geniale løsninger. En af nøglefunktionerne, der fremhæver mulighederne for kulstof nanorør er muligheden for at skabe multifunktionelle enheder med egenskaber, der kan finjusteres af forskellige effekter gennem responser på atom-, supramolekylært og mikronniveau.

"For første gang er det lykkedes vores fælles team at introducere en yderligere effekt:interaktion mellem forskellige nanorørmønstre. Dette baner vejen for fremtidige enheder. Utroligt nok tog forskningen mindre end ni måneder fra den oprindelige idé til proof-of-concept - et af de hurtigste projekter i min karriere indtil videre.

"Dette gennembrud ville ikke have været muligt uden den samordnede indsats fra ITMO, MIPT og Skoltech. Dette understreger potentialet i seed-programmer til at styrke det indenlandske samarbejde mellem russiske forskerhold," kommenterede Dmitry Krasnikov, lektor ved Skoltech Photonics.

"Vores Clover-projekt er blevet forlænget for i år. Vi planlægger at fremstille en THz adaptiv varifokal enhed baseret på de samme spiralzoneplader, men forbedret med manipulationsmuligheder. Vi forventer også at indgive en patentansøgning for den enhed, vi allerede har." Burdanova tilføjede.

I 2023 lancerede Skoltech, MIPT og ITMO University Clover-initiativet for at støtte forskningssamarbejde og fremme samarbejdet mellem landets tre førende universiteter inden for fotonik. Med sin orientering mod studerende, forskere og postdocs, der starter deres videnskabelige karriere, engagerer Clover dem i frontlinjeforskningsprojekter og letter mobiliteten mellem topforskerhold.

Det langsigtede mål er at igangsætte store programmer inden for fotonik og relaterede områder i Rusland. Clover-konkurrencen samlede topforskere, der arbejder inden for biofotonik, avancerede fotoniske materialer, topologisk fotonik, optisk databehandling og laserfysik og -teknologi.




Varme artikler