Max Home IndustryВолны терагерцового диапазона — между микроволнами и инфракрасным излучением — можно использовать, чтобы видеть сквозь материалы и действовать как сложное рентгеновское излучение. Теперь исследователям удалось создать источник терагерцовых волн на чипе, открыв двери мобильным устройствам.
Волны терагерцового диапазона столь же полезны, возможно, даже более полезны, чем традиционные рентгеновские лучи. Они проникают в материалы более тонким образом, чем мощные рентгеновские лучи, которые либо проходят напрямую, либо задерживаются плотными костно-подобными материалами. Волны терагерцового диапазона можно использовать для заглядывания внутрь упаковки и обнаружения металлов и сложных химикатов, таких как взрывчатые вещества.
Волны терагерцового диапазона обычно очень трудно генерировать, для чего требуются большие устройства лазерного типа и, как правило, очень низкие рабочие температуры. Волны терагерцового диапазона находятся в диапазоне от 0,3 до 3 ТГц, и большая проблема заключается в том, что транзисторы просто не работают достаточно быстро, чтобы генерировать сигналы в этой области.
Профессор Калифорнийского технологического института Али Хаджимири и кандидат в докторантуру Кошик Сенгупта изобрели очень тонкое устройство, которое использует матрицу CMOS для генерации волн 0,28 ТГц — как раз на нижнем краю терагерцового диапазона волн. Само по себе это не ново, были созданы аналогичные чипы на основе CMOS, которые работают в низком терагерцовом диапазоне, но этот конкретный чип является масштабируемым и дает управляемый луч. Это означает, что при использовании массивов большего размера мощность может быть увеличена, а управляемый луч позволяет сканировать объекты — и, учитывая размер чипа, все это можно сделать в портативном устройстве, возможно, даже в мобильном телефоне.
Принцип его работы заключается в том, что транзисторы колеблются на частоте 47 ГГц, а пассивное умножение частоты используется для генерации терагерцовых волн 282 ГГц.
Эволюция конструкции распределенного активного излучателя (DAR) следует из обратного подхода к проектированию, когда поверхностные токи металла с различными гармониками формулируются в кремниевом кристалле для желаемых профилей электромагнитного поля. Затем схемы и пассивные элементы разрабатываются совместно для синтеза и управления поверхностными токами. DAR состоит из автоколебательной активной электромагнитной структуры, состоящей из двух контуров, которые поддерживают синфазные токи на основной частоте и синфазные токи на второй гармонике. Таким образом, основной сигнал проходит пространственную фильтрацию, в то время как вторая гармоника излучается избирательно, тем самым объединяя генерацию сигнала, умножение частоты, излучение желаемой гармоники и фильтрацию нежелательных гармоник одновременно в небольшом кремниевом следе.
Фазу можно изменить, чтобы получить угол поворота луча более 80 градусов как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.
Учитывая, что уже существуют микросхемы обнаружения терагерцового диапазона, идея встроить сканер «рентгеновского» типа в портативное устройство вполне реальна. Возможно, в ближайшем будущем терагерцовый сканер станет обычным компонентом смартфонов, и приложения, как правило, смогут выполнять сканирование, которое проникает глубоко под кожу.