物理学家为6G创建光学元件

来自Skoltech、MIPT和ITMO的物理学家联合团队开发了一种光学组件，可以帮助管理太赫兹光束的特性并将其分成多个通道。该新器件可用作医学、6G通信和显微镜领域的太赫兹涡旋光束调制器和发生器。该论文发表在《先进光学材料》杂志上。

快速发展的太赫兹技术涉及约1万亿赫兹(即1THz)的信号传输，频率介于微波和红外频段之间。它将用于高速6G通信以及医学，作为X射线的替代品。研究人员目前正致力于创建适应这些频率的光学元件以及可用于传输此类信号的发生器。

MIPT和Skoltech的物理学家联合开发了一种基于碳纳米管的变焦菲涅尔波带片，能够聚焦太赫兹辐射并通过拉伸来调整波带片的性能。在最近的研究中，研究人员与ITMO合作合成了一种在太赫兹范围内工作的光学元件。

“我们与Skoltech和ITMO一起赢得了光子学联合研究项目的Clover竞赛，并决定制造螺旋波带片。ITMO对板的形状和行为进行了设计计算，Skoltech合成了纳米材料并制造了具有预期用途的板。MIPT纳米光学和等离子体实验室的高级研究员MariaBurdanova说：“几何形状，MIPT使用RAS通用物理研究所的设施对板进行了实验测试。”

新板由碳纳米管薄膜制成，可扭曲穿过它的太赫兹光束的波前。在实验中，研究小组将两块板并排放置，然后将它们相对旋转，改变辐射强度的分布，并将光束分成几个不同辐射强度的区域(模式)，每个区域都可以用作信息传递的渠道。

该团队使用太赫兹成像方法对板的性能进行了实验测试。将强大的辐射源对准该板，并使用亚波长孔径和基于格雷池的二维光栅扫描系统检测电磁场强度的分布。研究人员使用生成的图像来确保板产生扭曲的光束并检查强度图案。

新的调制器适用于各种需要聚焦和重新定位光束的应用，包括太赫兹显微镜和生物医学。

“由于缺乏统一的仪器和设备标准，利用太赫兹频段是一项重要的挑战。同时，它为竞争性研究和创造巧妙解决方案打开了大门。突出碳前景的关键特征之一纳米管使创建多功能器件成为可能，其特性可以通过原子、超分子和微米级别的响应通过不同的效应进行微调。

“我们的联合团队首次成功引入了一种额外的效果：不同纳米管图案的相互作用。这为未​​来的设备铺平了道路。令人惊讶的是，这项研究从最初的想法到概念验证只用了不到九个月的时间——迄今为止我职业生涯中最快的项目之一。

“如果没有ITMO、MIPT和Skoltech的共同努力，这一突破是不可能实现的。这凸显了种子项目在加强俄罗斯研究团队之间国内合作方面的潜力，”Skoltech光子学副教授德米特里·克拉斯尼科夫(DmitryKrasnikov)评论道。

“我们的Clover项目今年已延长。我们计划制造一种基于相同螺旋波带片的太赫兹自适应变焦设备，但增强了操控能力。我们还希望为我们已经拥有的设备提交专利申请。”布尔达诺瓦补充道。

2023年，Skoltech、MIPT和ITMO大学发起了Clover倡议，以支持协作研究并促进该国三所领先大学在光子学领域的合作。Clover面向刚开始科学职业生涯的学生、研究人员和博士后，让他们参与前沿研究项目，并促进顶尖研究团队之间的流动。

长期目标是在俄罗斯启动光子学及相关领域的大规模项目。Clover竞赛汇聚了生物光子学、先进光子材料、拓扑光子学、光学计算以及激光物理与技术领域的顶尖研究人员。