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새로운 완전 실리콘 메타물질로 테라헤르츠 편광 제어 향상

플라톤에 의해 재발행
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12월 25, 2023

(나노 워크 뉴스) 연구원들은 테라 헤르츠 파도 의료 영상부터 무선 통신까지 다양한 애플리케이션에 사용됩니다. 그러나 이러한 고주파 전자기파의 편파 상태를 효율적으로 제어하는 ​​것은 지속적인 과제로 남아 있습니다. 천연 복굴절 결정 또는 유전체 파장판에 의존하는 기존 접근 방식은 좁은 작동 대역폭, 부피가 큰 하드웨어 및 손상에 대한 취약성으로 인해 방해를 받습니다. 이러한 제한으로 인해 전자기파 편파로 인코딩된 정보를 완전히 활용하는 상업적으로 실행 가능한 테라헤르츠 시스템에 대한 발전이 제한되었습니다. 최근 발전 메타 물질 – 자연에서는 얻을 수 없는 특성을 지닌 인공 구조물이 새로운 희망을 가져왔습니다. 신중하게 설계된 메타물질 어레이를 통해 연구자들은 천연 물질의 제약을 극복하고 테라헤르츠파 전파에 대한 전례 없는 제어를 행사할 수 있습니다. 이러한 추진력을 바탕으로 Tianjin University의 연구원들은 이제 매우 넓은 주파수 범위에 걸쳐 기록적인 고성능을 갖춘 전체 실리콘 메타물질 편광 변환기를 시연했습니다. 에 발표된 논문에 자세히 설명되어 있습니다. 광전자 공학의 프론티어 (“고효율 광대역 투과형 테라헤르츠 편광 변환기의 전체 실리콘 설계”), 팀의 독창적인 설계는 광대한 80-1.00 THz 대역폭에서 2.32% 이상의 편광 변환 효율을 달성합니다. 맥락상 이 범위는 가장 발전된 이전 시연 장치의 작동 폭의 두 배 이상을 나타냅니다. 십자형 미세구조 설계된 십자형 미세구조의 개략도. 제안된 변환기의 회로도. b 미세 구조의 입체 사진. 여기서 h는 높이를 나타냅니다. H는 기판 두께이고; a–d는 길이와 너비를 표시합니다. P는 기간입니다. θ는 십자형 보조 축과 x축 사이의 끼인 각도입니다. t는 고저항 실리콘의 길이이다. (© 광전자공학 프론티어) 이 혁신의 핵심은 유전체 기판에 패턴화된 믿을 수 없을 만큼 단순한 십자가 모양의 실리콘 미세구조입니다. 연구진은 이러한 하위 파장 요소의 크기와 주기적인 배열을 조정함으로써 강한 인공 복굴절을 유도하여 충돌하는 테라헤르츠파의 서로 다른 편파가 통과할 때 서로 다른 위상 변이를 축적하도록 합니다. 세심한 매개변수 최적화를 통해 팀은 직교 편파가 효율적인 편파 회전을 위해 필요한 위상 오프셋을 정확히 개발하는 최적의 지점에 도달할 수 있었습니다. 표준 리소그래피 기술을 사용하여 모든 부품을 실리콘으로 제작한 이 장치는 제조 가능성이 뛰어납니다. 놀랍게도, 십자형 메타분자의 방향을 동적으로 회전함으로써 연구원들은 필요에 따라 선형-선형 및 선형-원형 편광 변환 사이를 적극적으로 전환할 수 있습니다. 광각 및 강하게 경사진 테라헤르츠 조명도 성능을 거의 저하시키지 않아 팀의 사운드 디자인 원칙이 견고하다는 것을 입증합니다. 이러한 순실리콘 메타물질 편광 조작기의 극적으로 확장된 기능과 대역폭은 테라헤르츠 기술 상용화 노력에 새로운 활력을 불어넣을 것을 약속합니다. 이러한 장치를 칩 규모의 테라헤르츠 분광계 및 이미징 시스템에 통합하면 응축 물질 연구에서 제약 품질 관리에 이르기까지 응용 분야를 촉발시키는 진정한 혁신을 입증할 수 있습니다. 추가 개발을 통해 전례 없는 편파 처리 기능은 장거리 무선 통신의 새로운 지평을 열 수도 있습니다. 여러 데이터 스트림을 직교 편파로 다중화함으로써 메타물질 기반 테라헤르츠 링크는 채널 용량을 대폭 증가시켜 겉보기에 냉혹해 보이는 세계의 연결 욕구를 충족시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 물론 실제 배포는 초기 개발 단계를 고려할 때 여전히 먼 목표로 남아 있습니다. 그러나 효율적인 광대역 테라헤르츠 편파 처리와 관련된 오랜 과제를 극복함으로써 이러한 발전은 한때 공상 과학 영역에 확고하게 국한된 것처럼 보였던 기술을 향한 큰 도약을 나타냅니다.

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