Terahertzova mezera - Terahertz gap

Ve strojírenství terahertzova mezera je frekvenční pásmo v terahertz oblast elektromagnetické spektrum mezi rádiové vlny a infračervené světlo pro které neexistují praktické technologie pro generování a detekci záření. Je definována jako 0,1 až 10 THz (vlnové délky 3 mm až 30 um). V současné době jsou na frekvencích v tomto rozsahu užitečné technologie výroby energie a přijímače neúčinné a neproveditelné.

Hromadná výroba zařízení v tomto rozsahu a provoz na pokojová teplota (při které energii k · T se rovná energie fotonu s frekvencí 6,2 THz) jsou většinou nepraktické. To ponechává mezeru mezi dospělými mikrovlnná trouba technologie na nejvyšších frekvencích EU rádiové spektrum a dobře vyvinuté optické inženýrství z infračervené detektory ve svých nejnižších frekvencích. Toto záření se většinou používá v malých specializovaných aplikacích, jako je submilimetrová astronomie. Výzkum že pokusy o vyřešení tohoto problému byly prováděny od konce 20. století.[1][2][3][4][5]

Uzavření terahertzové mezery

Většina vakuových elektronických zařízení, která se používají pro generování mikrovln, lze upravit tak, aby fungovala na terahertzových frekvencích, včetně magnetronu, [6] gyrotron,[7] synchrotron,[8] a volný elektronový laser.[9] Podobně mikrovlnné detektory, jako je tunelová dioda byly přepracovány tak, aby detekovaly v terahertzu[10] a infračervené[11] frekvence. Mnoho z těchto zařízení je však v prototypové formě, není kompaktní nebo existuje ve univerzitních nebo vládních výzkumných laboratořích bez výhod úspory nákladů díky hromadné výrobě.

Výzkum

Výsledkem probíhajícího vyšetřování je vylepšené zářiče (zdroje) a detektory a výzkum v této oblasti se zintenzivnil. Zůstávají však nevýhody, které zahrnují podstatnou velikost zářičů, nekompatibilní frekvenční rozsahy a nežádoucí provozní teploty, jakož i požadavky na komponenty, zařízení a detektory, které jsou někde mezi elektronika v pevné fázi a fotonický technologie.[12][13][14]

Lasery s volnými elektrony může generovat širokou škálu stimulovaná emise elektromagnetického záření od mikrovln, přes terahertzové záření až po rentgen. Jsou však objemné, drahé a nejsou vhodné pro aplikace, které vyžadují kritické načasování (např bezdrátová komunikace ). jiný zdroje terahertzového záření které jsou aktivně zkoumány, zahrnují oscilátory v pevné fázi (skrz násobení frekvence ), oscilátory zpětné vlny (BWO), kvantové kaskádové lasery, a gyrotrony.

Reference

  1. ^ Gharavi, Sam; Heydari, Babak (25. září 2011). Ultra vysokorychlostní obvody CMOS: více než 100 GHz (1. vyd.). New York: Springer Science + Business Media. s. 1–5 (Úvod) a 100. doi:10.1007/978-1-4614-0305-0. ISBN  978-1-4614-0305-0.
  2. ^ Sirtori, Carlo (2002). „Most pro terahertzskou propast“ (Stažení PDF zdarma). Příroda. Aplikovaná fyzika. 417 (6885): 132–133. Bibcode:2002 Natur.417..132S. doi:10.1038 / 417132b. PMID  12000945. S2CID  4429711.
  3. ^ Borak, A. (2005). „Směrem k překlenutí terahertzové mezery lasery na bázi křemíku“ (Stažení PDF zdarma). Věda. Aplikovaná fyzika. 308 (5722): 638–639. doi:10.1126 / science.1109831. PMID  15860612. S2CID  38628024.
  4. ^ Karpowicz, Nicholas; Dai, Jianming; Lu, Xiaofei; Chen, Yunqing; Yamaguchi, Masashi; Zhao, Hongwei; et al. (2008). „Koherentní heterodynová spektrometrie v časové doméně pokrývající celou terahertzova mezera". Aplikovaná fyzikální písmena (Abstraktní). 92 (1): 011131. Bibcode:2008ApPhL..92a1131K. doi:10.1063/1.2828709.
  5. ^ Kleiner, R. (2007). "Vyplnění terahertzové mezery". Věda (Abstraktní). 318 (5854): 1254–1255. doi:10.1126 / science.1151373. PMID  18033873. S2CID  137020083.
  6. ^ Larraza, Andres; Wolfe, David M .; Catterlin, Jeffrey K. (21. května 2013). „Terahertz (THZ) reverzní magnetron“. Knihovna Dudley Knox. Monterey, Kalifornie: Naval Postgraduate School. US patent 8 446 096 B1.[úplná citace nutná ]
  7. ^ Glyavin, Michail; Denisov, Grigory; Zapevalov, V.E .; Kuftin, A.N. (Srpen 2014). „Terahertzovy gyrotrony: stav techniky a vyhlídky“. Journal of Communications Technology and Electronics. 59 (8): 792–797. doi:10.1134 / S1064226914080075. S2CID  110854631. Citováno 18. března 2020 - přes researchgate.net.
  8. ^ Evain, C .; Szwaj, C .; Roussel, E .; Rodriguez, J .; Le Parquier, M .; Tordeux, M.A.; Ribeiro, F .; Labat, M .; Hubert, N .; Brubach, J.-B .; Roy, P .; Bielawski, S. (8. dubna 2019). "Stabilní koherentní terahertzové synchrotronové záření z kontrolovaných relativistických elektronových svazků". Fyzika přírody. 15 (7): 635–639. arXiv:1810.11805. Bibcode:2019NatPh..15..635E. doi:10.1038 / s41567-019-0488-6. S2CID  53606555.
  9. ^ „UCSB volný elektronový laserový zdroj“. www.mrl.ucsb.edu. Zařízení Terahertz. Kalifornská univerzita - Santa Barbara.[úplná citace nutná ]
  10. ^ „[není uveden žádný název]“. Transakce ECS (abstraktní). Elektrochemická společnost. 49 (1 ?): 93 ?. 2012. Citováno 18. března 2020 - prostřednictvím IOP Science.[úplná citace nutná ]
  11. ^ Davids, Paul (1. července 2016). Usměrnění tunelu v infračervené nanoanténě spojené s MOS diodou. Úřad pro vědecké a technické informace. Meta 16. osti.gov. Malaga, Španělsko: Americké ministerstvo energetiky.[úplná citace nutná ]
  12. ^ Ferguson, Bradley; Zhang, Xi-Cheng (2002). „Materiály pro terahertzovou vědu a technologii“ (stažení PDF zdarma). Přírodní materiály. 1 (1): 26–33. Bibcode:2002 NatMa ... 1 ... 26F. doi:10.1038 / nmat708. PMID  12618844. S2CID  24003436.
  13. ^ Tonouchi, Masayoshi (2007). „Špičková terahertzová technologie“ (stažení PDF zdarma). Fotonika přírody. 1 (2): 97–105. Bibcode:2007NaPho ... 1 ... 97T. doi:10.1038 / nphoton.2007.3. 200902219783121992.
  14. ^ Chen, Hou-Tong; Padilla, Willie J .; Cich, Michael J .; Azad, Abul K .; Averitt, Richard D .; Taylor, Antoinette J. (2009). „Metamateriálový polovodičový terahertzový fázový modulátor“ (stažení PDF zdarma). Fotonika přírody. 3 (3): 148. Bibcode:2009NaPho ... 3..148C. CiteSeerX  10.1.1.423.5531. doi:10.1038 / nphoton.2009.3. OSTI  960853.

Další čtení

externí odkazy