Группа исследователей под руководством Эхсана Афшари (Ehsan Afshari) – доцента кафедры электротехники и вычислительной техники Корнелльского университета (штат Нью-Йорк) представила компактный источник волн терагерцового диапазона.

Изображение прототипа терагерцового CMOS-генератора по данным электронной микроскопии
Проблему создания малогабаритного и недорогого генератора терагерцового излучения пытались по-разному решить с конца шестидесятых годов прошлого века.

Предложенный университетским коллективом вариант впервые позволяет отказаться от использования редких типов лазеров, глубокого вакуума, охлаждения до близких к абсолютному нулю температур и громоздкого оборудования. Уникальность устройства ещё и в том, что, вопреки устоявшемуся мнению и негативным прогнозам, его смогли выполнить на базе давно освоенной КМОП-технологии.

Способность твердотельных материалов генерировать электромагнитные волны высокой частоты лимитируется структурой вещества. Кроме того, базовая частота обычно задаётся колебательным контуром на основе конденсатора переменной ёмкости, и в случае терагерцовых волн его не удаётся точно подстроить. Генерируемый сигнал размывается в широком спектре, и мощность в необходимом диапазоне сильно падает.

Реклама на Компьютерре

Схема генератора терагерцовых волн с кольцевой архитектурой
Долгое время считалось, что по указанным причинам технологии создания полупроводников на основе кремния малоэффективны для разработки терагерцовых генераторов. Обойти эти ограничения удалось благодаря использованию гармоник – сигналов, кратных основной частоте.

Несколько микрогенераторов были объединены в кольцо, а расположенные между ними волноводы осуществляли сдвиг фазы. При определённой настройке пики и спады разных гармоник уравновешивали друг друга, одновременно усиливая мощность основного сигнала на следующем (в данном случае – четвёртом) микроблоке. Такая простая схема обеспечивает в итоге формирование чистого терагерцового сигнала.

Первые испытания уже впечатляют. Сравнение с другими подобными вариантами показало прирост мощности в 10 000 раз. Кроме того, характер распространения терагерцового излучения вдоль оси кольца предоставляет уникальную возможность создать узкий и мощный сканирующий луч.

Поскольку терагерцовое излучение не является ионизирующим, это существенно расширяет сферы его возможного повседневного использования. Ожидаемые области применения охватывают высокоскоростную беспроводную передачу данных (на порядок быстрее Bluetooth), системы позиционирования, медицинскую диагностику, сканеры безопасности, дефектоскопию и контроль качества продукции, реставрацию картин и других предметов искусства.