Pasmo terahercowe zostanie odblokowane? Ma to zapewnić nowy chip
Pomiędzy falami mikrofalowymi a promieniowaniem podczerwonym znajduje się obszar widma elektromagnetycznego - pasmo terahercowe. Pomimo dziesięcioleci badań systemy terahercowe pozostają w dużej mierze ograniczone do laboratoriów, ponieważ sprzęt niezbędny do generowania, przetwarzania i wykrywania tych sygnałów jest często nieporęczny, kosztowny i trudny do skalowania. A szkoda, bo mógłby umożliwić szybszą transmisję danych oraz rozwój nowych technologii obrazowania.
Jednak zmienić to może najnowsze osiągnięcie naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA). Wskazali, że da się zintegrować wiele z funkcji systemu terahercowego w jednym układzie półprzewodnikowym. Naukowcy skupili się na wykorzystaniu do tego studni kwantowych czyli niezwykle cienkich warstwach półprzewodnikowych, które są już szeroko stosowane w fotonicznych układach scalonych.
Klucz do rozwoju
Naukowcy wykorzystali fotodiody PIN ze studnią kwantową wykonane z arsenku galu i arsenku glinu i galu (GaAs/AlGaAs). Wykazali, że struktury te mogą zarówno generować, jak i wykrywać sygnały terahercowe w procesie znanym jako fotomieszanie międzypasmowe ze wzmocnieniem. Naukowcy jeszcze bardziej poprawili wydajność, wbudowując w ten sam układ półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny. Pozwoliło to zwiększyć wydajność generowania fal terahercowych o około rząd wielkości, jednocześnie zmniejszając moc optyczną wymaganą do działania.
Wyniki badań przeprowadzonych przez naukowców z UCLA wykazują, że elektrony uciekają ze studni kwantowych w czasie krótszym niż jedna bilionowa sekundy, co jest wystarczająco szybkie, by umożliwić pracę w paśmie terahercowym. Praca ta stanowi podstawę platformy, którą zespół nazywa Monolithically Integrated Terahertz Optoelectronics (MITO) - zaprojektowanej tak, by obsługiwać źródła, detektory, wzmacniacze, modulatory i inne elementy fotoniczne na wspólnym podłożu półprzewodnikowym przy użyciu metod produkcji już zgodnych z komercyjnymi zakładami fotonicznymi.
Co ważniejsze, prototyp nadal opiera się na laserach zewnętrznych, ale platforma została zaprojektowana z myślą o przyszłej integracji. Naukowcy planują ostatecznie wbudować lasery przestrajalne i dodatkowe elementy fotoniczne bezpośrednio w układ scalony, tworząc w ten sposób bardziej kompletne systemy terahercowe w kompaktowej obudowie.
