Новый тип перестраиваемого фильтра раскрывает потенциал терагерцовой беспроводной связи

Электромагнитные волны в терагерцовом диапазоне частот предлагают множество преимуществ для связи и передовых приложений в сканировании и визуализации, но реализация их потенциала сопряжена с трудностями. Исследователи из Университета Тохоку решили одну из ключевых проблем, разработав новый тип перестраиваемого фильтра для сигналов в терагерцовом диапазоне волн. Они опубликовали свою работу в журнале Оптика Буквы.

Терагерцовые волны занимают область электромагнитного спектра между микроволновыми и инфракрасными частотами. Они имеют более высокую частоту (более короткую длину волны), чем радиоволны, но более низкую частоту, чем видимый свет. Все более перегруженный спектр радиоволн переносит огромное количество данных, передаваемых через Wi-Fi, Bluetooth и современные системы связи мобильных телефонов (сотовых телефонов).

Перегруженность сигналов в низкочастотных частях электромагнитного спектра является одним из стимулов для изучения вариантов в терагерцовом диапазоне. Другой — способность поддерживать сверхвысокие скорости передачи данных. Однако ключевой проблемой использования терагерцовых сигналов для повседневных задач является возможность настройки и фильтрации сигналов на определенных частотах. Фильтрация необходима, чтобы избежать помех от сигналов за пределами желаемого диапазона частот.

«Мы сконструировали и продемонстрировали перестраиваемый по частоте фильтр для терагерцовых волн, который обеспечивает более высокую скорость передачи и лучшее качество сигнала, чем традиционные системы, раскрывая потенциал терагерцовой беспроводной связи», — говорит Ёсиаки Канамори из команды Тохоку. Он добавляет, что эту работу можно было бы найти и за пределами терагерцового диапазона частот.

Новый терагерцовый фильтр основан на устройстве под названием интерферометр Фабри-Перо, который, как и все интерферометры, основан на интерференционных картинах, создаваемых при взаимодействии различных волн электромагнитного излучения друг с другом, когда они отражаются между зеркалами. В версии исследователей в качестве материала между зеркалами используются мелкоструктурированные решетки с зазорами, меньшими, чем длина волны взаимодействующих волн.

Переменное растяжение решеток позволяет точно контролировать их показатель преломления, необходимый для настройки фильтрующего эффекта интерферометра. Это позволяет передавать только нужную частоту. Использование разных решеток позволяет контролировать разные выбранные диапазоны частот.

Команда продемонстрировала применение своей системы на частотах, подходящих для сигналов мобильных телефонов следующего поколения (6G).

«Помимо применения нашего метода в системах связи, мы также планируем использовать его в технологиях сканирования и визуализации в медицине и промышленности», — говорит Канамори.

Одним из преимуществ терагерцовых волн при сканировании и визуализации является то, что они могут легко проникать в материалы, включая биологические ткани, которые блокируют прохождение света. Помимо медицинских приложений, это может открыть возможности для анализа материалов, систем безопасности и контроля качества на производстве.

«В целом, наша работа предлагает простой и экономичный метод фильтрации и активного контроля терагерцовых волн, который может способствовать их использованию во многих приложениях», — заключает Канамори.