Los físicos crean un componente óptico para 6G

Un equipo conjunto de físicos de Skoltech, MIPT e ITMO desarrolló un componente óptico que ayuda a gestionar las propiedades de un haz de terahercios y dividirlo en varios canales. El nuevo dispositivo se puede utilizar como modulador y generador de haces de vórtice de terahercios en medicina, comunicaciones 6G y microscopía. El artículo aparece en la revista. Materiales ópticos avanzados.

La tecnología de terahercios en rápida evolución implica la transmisión de señales a aproximadamente 1 billón de hercios, o 1 THz, entre las bandas de frecuencia de microondas e infrarroja. Se utilizará en comunicaciones 6G de alta velocidad, así como en medicina, como alternativa a los rayos X. Actualmente, los investigadores se centran en la creación de componentes ópticos adaptados a estas frecuencias y generadores que puedan utilizarse para transmitir dichas señales.

Físicos del MIPT y Skoltech han desarrollado conjuntamente una placa de zona de Fresnel varifocal basada en nanotubos de carbono que permite enfocar la radiación THz y ajustar las propiedades de la placa mediante estiramiento. En su estudio reciente, los investigadores unieron fuerzas con ITMO para sintetizar un componente óptico que funciona en el rango de THz.

“Junto con Skoltech e ITMO, ganamos el concurso Clover para un proyecto de investigación conjunto en fotónica y decidimos crear una placa con zonas en espiral. ITMO realizó cálculos de diseño para la forma y el comportamiento de la placa, Skoltech sintetizó nanomateriales y fabricó una placa con los materiales previstos. geometría y el MIPT probó experimentalmente la placa utilizando las instalaciones del Instituto de Física General de la Academia de Ciencias de Rusia”, dijo María Burdanova, investigadora principal del Laboratorio de Nanoóptica y Plasmónica del MIPT.

Fabricada a partir de una fina película de nanotubos de carbono, la nueva placa tuerce el frente de onda del haz de THz que la atraviesa. En el experimento, el equipo colocó dos placas una al lado de la otra y luego las giró entre sí, cambiando la distribución de la intensidad de la radiación y dividiendo el haz en varias áreas (modos) de diferentes intensidades de radiación, cada una de las cuales podría usarse como Canal de transferencia de información.

El equipo probó experimentalmente las propiedades de la placa utilizando el método de imágenes THz. Se dirigió una potente fuente de radiación a la placa y se detectó la distribución de la intensidad del campo electromagnético mediante una apertura de sublongitud de onda y un sistema de escaneo de trama 2D basado en una célula Golay. Los investigadores utilizaron la imagen resultante para asegurarse de que la placa produjera un haz torcido y comprobar el patrón de intensidad.

El nuevo modulador es adecuado para una variedad de aplicaciones, incluidas la microscopía THz y la biomedicina, que requieren enfocar y reposicionar el haz.

“Aprovechar la banda THz es un desafío importante debido a la falta de estándares unificados de instrumentación y dispositivos. Al mismo tiempo, abre la puerta a la investigación competitiva y la creación de soluciones ingeniosas. Una de las características clave que resalta las perspectivas del carbono Los nanotubos es la posibilidad de crear dispositivos multifuncionales con propiedades que pueden ajustarse mediante diferentes efectos a través de respuestas a nivel atómico, supramolecular y micrométrico.

“Por primera vez, nuestro equipo conjunto logró introducir un efecto adicional: la interacción de diferentes patrones de nanotubos. Esto allana el camino para futuros dispositivos. Sorprendentemente, la investigación tomó menos de nueve meses desde la idea original hasta la prueba de concepto. Uno de los proyectos más rápidos de mi carrera hasta el momento.

“Este avance no habría sido posible sin el esfuerzo concertado de ITMO, MIPT y Skoltech. Esto subraya el potencial de los programas semilla para mejorar la colaboración nacional entre los equipos de investigación rusos”, comentó Dmitry Krasnikov, profesor asociado de Skoltech Photonics.

“Nuestro proyecto Clover se ha ampliado para este año. Planeamos fabricar un dispositivo varifocal adaptativo THz basado en las mismas placas de zona en espiral, pero mejorado con capacidades de manipulación. También esperamos presentar una solicitud de patente para el dispositivo que ya tenemos”. añadió Burdánova.

En 2023, Skoltech, MIPT y la Universidad ITMO lanzaron la iniciativa Clover para apoyar la investigación colaborativa y promover la cooperación entre las tres universidades líderes del país en el campo de la fotónica. Con su orientación hacia estudiantes, investigadores y postdoctorados que comienzan sus carreras científicas, Clover los involucra en proyectos de investigación de vanguardia y facilita la movilidad entre los mejores equipos de investigación.

El objetivo a largo plazo es iniciar programas a gran escala en fotónica y campos relacionados en Rusia. El concurso Clover reunió a los mejores investigadores que trabajan en los campos de la biofotónica, materiales fotónicos avanzados, fotónica topológica, informática óptica y física y tecnología láser.