Ny type tunerbart filter afslører potentialet for terahertz trådløs kommunikation

Elektromagnetiske bølger i terahertz-frekvensområdet tilbyder mange fordele for kommunikation og avancerede applikationer inden for scanning og billeddannelse, men at realisere deres potentiale giver udfordringer. Forskere ved Tohoku University har adresseret en af ​​de vigtigste udfordringer ved at udvikle en ny type tunable filter til signaler i terahertz-bølgebåndet. De offentliggjorde deres arbejde i tidsskriftet Optics Letters .

Terahertz-bølger optager et område af det elektromagnetiske spektrum mellem mikrobølge- og infrarøde frekvenser. De har en højere frekvens (kortere bølgelængde) end radiobølger, men en lavere frekvens end synligt lys. Det stadig mere overbelastede radiobølgespektrum bærer den enorme mængde data, der transmitteres af WiFi, Bluetooth og nuværende mobiltelefon- (mobiltelefon) kommunikationssystemer.

Overbelastning af signaler i lavere frekvensdele af det elektromagnetiske spektrum er et incitament til at udforske mulighederne i terahertz-regionen. En anden er kapaciteten til at understøtte ultrahøje datatransmissionshastigheder. En vigtig udfordring ved at bruge terahertz-signaler til rutinemæssig anvendelse er imidlertid at kunne tune og filtrere signalerne ved specifikke frekvenser. Filtrering er påkrævet for at undgå interferens fra signaler uden for det ønskede frekvensbånd.

"Vi har konstrueret og demonstreret et frekvens-tunerbart filter til terahertz-bølger, som opnåede en højere transmissionshastighed og bedre signalkvalitet end konventionelle systemer, hvilket afslører potentialet for terahertz trådløs kommunikation," siger Yoshiaki Kanamori fra Tohoku-teamet. Han tilføjer, at arbejdet også kunne anvendes mere bredt uden for terahertz-frekvensbåndet.

Det nye terahertz-filter er baseret på en enhed kaldet et Fabry-Perot-interferometer, der ligesom alle interferometre er afhængige af de interferensmønstre, der skabes, når forskellige bølger af elektromagnetisk stråling interagerer med hinanden, når de hopper mellem spejle. Forskernes version bruger fint strukturerede gitre, med mellemrum mindre end bølgelængden af ​​de interagerende bølger, som materialet mellem spejlene.

Variabel strækning af gitrene tillader den fine kontrol af deres brydningsindeks, der er nødvendig for at indstille interferometerets filtreringseffekt. Dette tillader kun den ønskede frekvens at blive transmitteret. Brug af forskellige gitter giver mulighed for kontrol over forskellige udvalgte frekvensområder.

Holdet har demonstreret deres systems applikation til frekvenser, der er egnede til næste generations (6G) mobiltelefonsignaler.

"Ud over vores metodes anvendelse i kommunikationssystemer, forestiller vi os også anvendelser i scannings- og billedteknologier i medicin og industri," siger Kanamori.

En fordel ved terahertz-bølger ved scanning og billeddannelse er, at de let kan trænge ind i materialer, herunder biologiske væv, der blokerer for lysets passage. Ud over medicinske applikationer kan dette tilbyde muligheder for materialeanalyse, sikkerhedssystemer og kvalitetskontrol i fremstillingen.

"Samlet set tilbyder vores arbejde en enkel og omkostningseffektiv metode til at filtrere og aktivt kontrollere terahertz-bølger, hvilket kan fremme deres anvendelse i mange applikationer," konkluderer Kanamori.

Flere oplysninger: Ying Huang et al., Tunable Fabry-Perot interferometer opererede i terahertz-området baseret på en effektiv brydningsindekskontrol ved brug af pitch-variable subbølgelængdegitre, Optics Letters (2024). DOI:10.1364/OL.515504

Leveret af Tohoku University