В технике терагерцовый промежуток - это полоса частот в терагерцевой области электромагнитного спектра между радиоволнами и инфракрасным светом, для которой не существует практических технологий генерации и обнаружения излучения. Он определяется как от 0,1 до 10 ТГц ( длина волны от 3 мм до 30 мкм), хотя верхняя граница несколько произвольна и рассматривается некоторыми источниками как 30 ТГц ( длина волны 10 мкм). [1] В настоящее время на частотах в этом диапазоне полезные технологии выработки электроэнергии и приемников неэффективны и неосуществимы.
Массовое производство устройств в этом диапазоне и работа при комнатной температуре (при которой энергия kT равна энергии фотона с частотой 6,2 ТГц) в большинстве случаев нецелесообразны. Это оставляет разрыв между зрелыми микроволновыми технологиями в самых высоких частотах радиочастотного спектра и хорошо развитая оптической техника из инфракрасных детекторов в их самом низких частотах. Это излучение в основном используется в небольших специализированных приложениях, таких как субмиллиметровая астрономия . Исследования , пытающиеся решить эту проблему, проводятся с конца 20 века. [2] [3] [4] [5] [6]
Закрытие терагерцового промежутка
Большинство вакуумных электронных устройств, которые используются для генерации микроволн, могут быть модифицированы для работы на терагерцовых частотах, включая магнетрон, [7] гиротрон, [8] синхротрон [9] и лазер на свободных электронах. [10] Точно так же микроволновые детекторы, такие как туннельный диод , были модернизированы для обнаружения на терагерцовых [11] и инфракрасных [12] частотах. Однако многие из этих устройств находятся в виде прототипов, не компактны или существуют в университетских или государственных исследовательских лабораториях без преимущества экономии средств за счет массового производства.
Исследовать
В результате продолжающихся исследований были усовершенствованы излучатели (источники) и детекторы , и исследования в этой области активизировались. Однако остаются недостатки, которые включают значительный размер излучателей, несовместимые диапазоны частот и нежелательные рабочие температуры, а также требования к компонентам, устройствам и детекторам, которые находятся где-то между твердотельной электроникой и фотонными технологиями. [13] [14] [15]
Лазеры на свободных электронах могут генерировать широкий спектр стимулированного излучения электромагнитного излучения микроволн, от терагерцового излучения до рентгеновского . Однако они громоздки, дороги и не подходят для приложений, требующих критического времени (например, беспроводной связи ). Другие источники терагерцового излучения, которые активно исследуются, включают твердотельные генераторы (путем умножения частоты ), генераторы обратной волны (ЛОВ), квантовые каскадные лазеры и гиротроны .
Рекомендации
- ^ Диллон, СС; и другие. (2017). «Дорожная карта науки и технологий в терагерцовом диапазоне на 2017 год» . Журнал физики D: Прикладная физика . 50 (4): 2. DOI : 10,1088 / 1361-6463 / 50/4/043001 .
- ^ Гарави, Сэм; Гейдари, Бабак (25 сентября 2011 г.). Сверхскоростные схемы CMOS: выше 100 ГГц (1-е изд.). Нью-Йорк: Springer Science + Business Media. стр. 1–5 (Введение) и 100. doi : 10.1007 / 978-1-4614-0305-0 . ISBN 978-1-4614-0305-0.
- ^ Сиртори, Карло (2002). «Мост через терагерцовый промежуток» (скачать бесплатно в формате PDF) . Природа . Прикладная физика. 417 (6885): 132–133. Bibcode : 2002Natur.417..132S . DOI : 10.1038 / 417132b . PMID 12000945 . S2CID 4429711 .
- ^ Борак, А. (2005). «На пути к преодолению терагерцового промежутка с помощью кремниевых лазеров» (бесплатная загрузка PDF) . Наука . Прикладная физика. 308 (5722): 638–639. DOI : 10.1126 / science.1109831 . PMID 15860612 . S2CID 38628024 .
- ^ Карпович, Николай; Дай, Цзяньминь; Лу, Сяофэй; Чен, Юньцин; Ямагути, Масаси; Чжао, Хунвэй; и другие. (2008). «Когерентная гетеродинная спектрометрия во временной области, охватывающая весь терагерцовый интервал ». Письма по прикладной физике (аннотация). 92 (1): 011131. Bibcode : 2008ApPhL..92a1131K . DOI : 10.1063 / 1.2828709 .
- ^ Кляйнер, Р. (2007). «Заполнение терагерцового промежутка». Наука (Аннотация). 318 (5854): 1254–1255. DOI : 10.1126 / science.1151373 . PMID 18033873 . S2CID 137020083 .
- ^ Ларраза, Андрес; Вулф, Дэвид М .; Каттерлин, Джеффри К. (21 мая 2013 г.). «Обратный магнетрон терагерцового диапазона (ТГЦ)» . Библиотека Дадли Нокса. Монтерей, Калифорния: военно-морская аспирантура. Патент США 8,446,096 B1.[ требуется полная ссылка ]
- ^ Глявин, Михаил; Денисов, Григорий; Запевалов В.Е .; Куфтин А.Н. (август 2014 г.). «Гиротроны терагерцового диапазона: состояние и перспективы» . Журнал коммуникационных технологий и электроники . 59 (8): 792–797. DOI : 10.1134 / S1064226914080075 . S2CID 110854631 . Проверено 18 марта 2020 года .
- ^ Evain, C .; Szwaj, C .; Roussel, E .; Rodriguez, J .; Le Parquier, M .; Tordeux, M.-A .; Ribeiro, F .; Лабат, М .; Hubert, N .; Brubach, J.-B .; Рой, П .; Белявский, С. (8 апреля 2019 г.). «Стабильное когерентное синхротронное излучение терагерцового диапазона от контролируемых релятивистских электронных сгустков». Физика природы . 15 (7): 635–639. arXiv : 1810,11805 . Bibcode : 2019NatPh..15..635E . DOI : 10.1038 / s41567-019-0488-6 . S2CID 53606555 .
- ^ «Лазерный источник на свободных электронах UCSB» . www.mrl.ucsb.edu . Терагерцовая установка. Калифорнийский университет - Санта-Барбара.[ требуется полная ссылка ]
- ^ «[название не указано]» . Транзакции ECS (аннотация). Электрохимическое общество. 49 (1?): 93?. 2012 . Проверено 18 марта 2020 г. - через IOP Science.[ требуется полная ссылка ]
- ^ Дэвидс, Пол (1 июля 2016 г.). Туннельное выпрямление в МОП-диоде с инфракрасной наноантенной . Управление научно-технической информации. Мета 16. osti.gov . Малага, Испания: Министерство энергетики США.[ требуется полная ссылка ]
- ^ Фергюсон, Брэдли; Чжан, Си-Чэн (2002). «Материалы для терагерцовой науки и техники» (скачать бесплатно PDF) . Материалы природы . 1 (1): 26–33. Bibcode : 2002NatMa ... 1 ... 26F . DOI : 10.1038 / nmat708 . PMID 12618844 . S2CID 24003436 .
- ^ Тонучи, Масаёши (2007). «Новейшая терагерцовая технология» (скачать бесплатно в формате PDF) . Природа Фотоника . 1 (2): 97–105. Bibcode : 2007NaPho ... 1 ... 97T . DOI : 10.1038 / nphoton.2007.3 . 200902219783121992.
- ^ Чен, Хоу-Тонг; Падилла, Вилли Дж .; Cich, Майкл Дж .; Azad, Abul K .; Аверит, Ричард Д .; Тейлор, Антуанетта Дж. (2009). «Твердотельный фазовый модулятор терагерцового диапазона из метаматериалов» (бесплатная загрузка PDF) . Природа Фотоника . 3 (3): 148. Bibcode : 2009NaPho ... 3..148C . CiteSeerX 10.1.1.423.5531 . DOI : 10.1038 / nphoton.2009.3 . ОСТИ 960853 .
дальнейшее чтение
- Майлз, Роберт Э; Харрисон, Пол; Липпенс, Д., ред. (Июнь 2000 г.). Источники и системы терагерцового диапазона . Семинар НАТО по перспективным исследованиям. Научная серия НАТО II. 27 . Шато де Бонас, Франция (опубликовано в 2001 г.). ISBN 978-0-7923-7096-3. LCCN 2001038180 . OCLC 248547276 - через Google Книги.
Внешние ссылки
- Уильямс, Г. (2003). «Заполнение терагерцовой щели» (PDF) . jlab.org . Семинар CASA.
- Кук, Майк (2007). «Заполнение терагерцового пробела новыми приложениями» (PDF) . Полупроводник сегодня . 2 (1). С. 39–43 . Проверено 30 июля 2019 .
- Джанет, Рэй-Дюпри (8 ноября 2011 г.). «Новая жизнь старых электронов в биологической визуализации и сенсорных технологиях» . Национальная ускорительная лаборатория SLAC (пресс-релиз). Пало-Альто, Калифорния: Стэнфордский университет.
... исследователи успешно сгенерировали интенсивные световые импульсы в практически незадействованной части электромагнитного спектра - так называемом терагерцовом промежутке .