Terahertz-golven bezetten een gebied van het elektromagnetische spectrum tussen microgolf- en infraroodfrequenties. Ze hebben een hogere frequentie (kortere golflengte) dan radiogolven, maar een lagere frequentie dan zichtbaar licht. Het steeds drukker wordende radiogolfspectrum transporteert de enorme hoeveelheid gegevens die worden verzonden door WiFi, Bluetooth en de huidige communicatiesystemen voor mobiele telefoons.

De congestie van signalen in de lagere frequentiedelen van het elektromagnetische spectrum is een stimulans voor het verkennen van de opties in het terahertzgebied. Een andere is de capaciteit om ultrahoge datatransmissiesnelheden te ondersteunen. Een belangrijke uitdaging bij het gebruik van terahertz-signalen voor routinematige toepassingen is echter het kunnen afstemmen en filteren van de signalen op specifieke frequenties. Filtering is vereist om interferentie van signalen buiten de gewenste frequentieband te voorkomen.

"We hebben een frequentie-afstembaar filter voor terahertz-golven geconstrueerd en gedemonstreerd, dat een hogere transmissiesnelheid en een betere signaalkwaliteit bereikte dan conventionele systemen, waardoor het potentieel voor draadloze terahertz-communicatie werd onthuld", zegt Yoshiaki Kanamori van het Tohoku-team. Hij voegt eraan toe dat het werk ook breder kan worden toegepast buiten de terahertz-frequentieband.

Het nieuwe terahertz-filter is gebaseerd op een apparaat genaamd Fabry-Perot-interferometer, dat, net als alle interferometers, afhankelijk is van de interferentiepatronen die ontstaan ​​wanneer verschillende golven van elektromagnetische straling met elkaar interageren terwijl ze tussen spiegels stuiteren. De versie van de onderzoekers maakt gebruik van fijn gestructureerde roosters, met gaten kleiner dan de golflengte van de op elkaar inwerkende golven, als materiaal tussen de spiegels.

Het variabel uitrekken van de roosters maakt een fijne controle mogelijk van hun brekingsindex, die nodig is om het filtereffect van de interferometer af te stemmen. Hierdoor kan alleen de gewenste frequentie worden verzonden. Het gebruik van verschillende roosters maakt controle over verschillende geselecteerde frequentiebereiken mogelijk.

Het team heeft de toepassing van hun systeem gedemonstreerd voor frequenties die geschikt zijn voor de volgende generatie (6G) mobiele telefoonsignalen.

"Naast de toepassing van onze methode in communicatiesystemen, overwegen we ook toepassingen in scan- en beeldvormingstechnologieën in de geneeskunde en de industrie", zegt Kanamori.

Een voordeel van terahertz-golven bij scannen en beeldvorming is dat ze gemakkelijk materialen kunnen binnendringen, inclusief biologische weefsels, die de doorgang van licht blokkeren. Naast medische toepassingen kan dit mogelijkheden bieden voor materiaalanalyse, beveiligingssystemen en kwaliteitscontrole in de productie.

"Over het geheel genomen biedt ons werk een eenvoudige en kosteneffectieve methode om terahertz-golven te filteren en actief te controleren, wat het gebruik ervan in veel toepassingen zou kunnen bevorderen", besluit Kanamori.

Meer informatie: Ying Huang et al., Afstembare Fabry-Perot-interferometer bediend in het terahertz-bereik op basis van een effectieve brekingsindexcontrole met behulp van toonhoogtevariabele subgolflengteroosters, Optics Letters (2024). DOI:10.1364/OL.515504

Aangeboden door Tohoku Universiteit