Теги → терагерц

Создан компактный терагерцевый лазер, который поможет видеть сквозь препятствия и искать наркотики, взрывчатку и онкологию

Современные полупроводниковые материалы не позволяют создать компактные лазеры с рабочим диапазоном от одного до десяти терагерц. Но именно этот диапазон требуется для взгляда «сквозь стену» — для дистанционного обнаружения и даже определения химического состава скрытых взрывчатых веществ, наркотиков или для выявления онкологических опухолей. Решение нащупали исследователи из США, что позволило создать довольно компактный терагерцевый лазер.

 Портативный терагерцовый лазер на термоохладителе. Источник изображения: MIT

Портативный терагерцовый лазер на термоохладителе. Источник изображения: MIT

Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) разработали многослойную комбинацию из полупроводниковых материалов, которая позволила создать компактный терагерцевый лазер, работающий на частоте 4 ТГц. Это так называемый квантово-каскадный лазер, в котором источником излучения служат электроны при переходе от слоя к слою в многослойном полупроводнике.

Исследователи поместили слой арсенида галлия между двумя слоями арсенида алюминия-галлия с повышенным содержанием алюминия. Концентрация материалов и толщина слоёв подобраны таким образом, что при переходе между слоями электрон излучал электромагнитную волну в диапазоне 4 ТГц. Что важно, излучатель работал при температуре охлаждения на уровне -23 °C, тогда как до этого терагерцевое излучение в подобных гетероструктурах можно было получить только при охлаждении до -73 °C. Минус -23 °C — это то, что даёт надежду на создание портативных установок, хотя для создания ручных и компактных терагерцевых сканеров необходимо заставить их работать при комнатной температуре.

 Увеличенное изображение излучающей структуры лазера.

Увеличенное изображение излучающей структуры лазера. Источник изображения: MIT

По словам учёных, подбирая размеры слоёв можно создать лазеры с длиной волны от двух до семи терагерц. Разработчики сетей 6G, кстати, тоже надеются на компактные полупроводниковые терагерцевые лазеры. Такие лазеры, работающие в дальнем инфракрасном диапазоне, смогут передавать данные со скоростью триллион бит в секунду по одному волокну.

Японцы построили терагерцевую сеть со скоростью 100 Гбит/с

По сообщению источника, группе японских учёных удалось построить беспроводную сеть со скоростью передачи данных 100 Гбит/с. Такое достижение стало возможным благодаря использованию частотного диапазона свыше 300 ГГц (с этой отметки начинается терагерцевое излучение), а также квадратурной амплитудной модуляции.

 kumunetworks.com

kumunetworks.com

На сегодняшний день типичные скорости в беспроводных сетях достигают сотен мегабит в секунду, а в лучшем случае — около нескольких гигабит в секунду. Есть также концепции сетей следующего поколения 5G, в которых скорости могут достигать десятки Гбит/с. По мнению профессора Университета Хиросимы Минору Фудзисимы (Minoru Fujishima), уже скоро мы сможем говорить о скоростях порядка несколько терабит в секунду. Такие возможности предлагают терагерцевые технологии. Учёный настроен весьма оптимистично. Его команда планирует разработать схемы терагерцевого приёмника, а также схемы модуляции и демодуляции, которые можно будет использовать в сверхскоростных коммуникациях.

 kumunetworks.com

kumunetworks.com

Но без ложки дёгтя не обойдётся. В предыдущих подобных исследованиях максимальная скорость передачи информации достигалась только на расстоянии около 10 см. Кроме того, с переходом в сверхвысокочастотный диапазон возникают проблемы при прохождении волн сквозь препятствия. Что касается нового исследования, то достигнутая дальность связи не уточняется. Отметим лишь, что терагерцевый диапазон на данный момент не рассматривается серьёзно для коммерческого применения и предназначен лишь для научных целей. Его будущее применение будет обсуждаться в 2019 году в ходе конференции WRC.

Создан первый терагерцевый усилитель мощности

Знаменитое американское агентство оборонных проектов — Defense Advanced Research Project's (DARPA) — попало в Книгу рекордов Гиннесса с новым достижением: с усилителем мощности, работающим на частоте свыше 1 ТГц (терагерц). Это в сотни раз более высокие радиочастоты, чем те, которые сегодня распространены, скажем, в сотовой связи. Практическое внедрение подобных радиочастотных схем и элементов позволит поднять скорость передачи данных, создать радары нового поколения и целый спектр сканеров различной направленности. В качестве примера последних можно назвать устройства для замены рентгеновских аппаратов при зубных кабинетах, сканеры материалов (взрывчатки, радиоактивных и прочих) и «раздевающие» сканеры в аэропортах. Не зря ведь проект финансируется оборонным агентством США?

Продемонстрированный простой 10-каскадный усилитель мощности — это результат последнего, третьего этапа пятилетних разработок. На предыдущем этапе компания Northrop Grumman Corporation, которая является непосредственным разработчиком терагерцевого транзистора и усилителя, добилась устойчивой работы усилителя мощности на частоте 850 ГГц. Как и на предыдущем этапе, в «рекордной» схеме на частоте 1,012 ТГц по-прежнему используется транзистор на основе фосфида индия, а не кремния. Стабильный коэффициент усиления транзистора составляет 9 дБ, что даёт возможность использовать прибор в практической электронике.

 Простой 10-каскадный усилитель мощности, работающий на частоте 1 ТГц

Простой 10-каскадный усилитель мощности, работающий на частоте 1 ТГц

В данный момент начинается следующий пятилетний раунд разработок, которые должны привести к покорению планки в 3 терагерца. Тем самым за десять лет исследований терагерцевый диапазон будет полностью покорён. Дальше идёт оптика, но это уже другая история.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Видео: участники фракции «Лестерский альянс» в новом геймплейном трейлере Fire Emblem Warriors: Three Hopes 18 мин.
State of Play вернётся на следующей неделе с новостями об играх для PS VR2 и не только 38 мин.
Первый канал подал в суд на Google из-за блокировки YouTube-канала 3 ч.
Помимо Gооgle, за отсутствие локализации данных россиян оштрафуют Apple и ещё несколько компаний 3 ч.
Google могут вторично оштрафовать за отказ локализовать данные российских пользователей 4 ч.
Рекламной выручке крупных технологических компаний предрекли спад после пандемии 5 ч.
Британский маркетплейс Farfetch купил белорусского разработчика виртуальной примерки одежды 5 ч.
Тёмное вещество будет искать российско-итальянская нейросеть 5 ч.
В мобильной версии Google Play добавился раздел «Совместимость с вашими устройствами» 5 ч.
Teardown, Dune: Spice Wars, The Stanley Parable: Ultra Deluxe и другие лучшие новинки апреля в Steam 6 ч.