Metamateriał terahercowy

Artykuły o
elektromagnetyzmie
Solenoid
Elektrostatyka
Magnetostatyka
Elektrodynamika
Sieć elektryczna
Sformułowanie kowariantne
Naukowcy

Metamateriał terahercowy to klasa metamateriałów kompozytowych zaprojektowanych do interakcji przy częstotliwościach terahercowych (THz). Zakres częstotliwości terahercowych wykorzystywany w badaniach materiałowych jest zwykle definiowany jako 0,1 do 10 THz .

Ta przepustowość jest również znana jako przerwa terahercowa , ponieważ jest zauważalnie niewykorzystana. Dzieje się tak dlatego, że fale terahercowe są falami elektromagnetycznymi o częstotliwościach wyższych niż mikrofale , ale niższych niż promieniowanie podczerwone i światło widzialne . Te cechy oznaczają, że trudno jest wpływać na promieniowanie terahercowe za pomocą konwencjonalnych elektronicznych . Technologia elektroniczna kontroluje przepływ elektronów i jest dobrze rozwinięta mikrofale i częstotliwości radiowe . Podobnie przerwa terahercowa graniczy również z długościami fal optycznych lub fotonicznych ; zakresy (lub widma ) podczerwieni, światła widzialnego i ultrafioletu, w których istnieją również dobrze rozwinięte technologie soczewek . Jednak długość fali terahercowej lub zakres częstotliwości wydaje się być przydatny do kontroli bezpieczeństwa, obrazowania medycznego , systemów komunikacji bezprzewodowej , oceny nieniszczącej i identyfikacja chemiczna, a także astronomia submilimetrowa . Wreszcie, jako promieniowanie niejonizujące, nie wiąże się z ryzykiem związanym z badaniami rentgenowskimi .

O metamateriałach

Fale terahercowe leżą na drugim końcu pasma podczerwieni, tuż przed początkiem pasma mikrofalowego.

Obecnie fundamentalny brak naturalnie występujących materiałów, które pozwalają na pożądaną odpowiedź elektromagnetyczną , doprowadził do konstruowania nowych sztucznych materiałów kompozytowych, zwanych metamateriałami . Metamateriały są oparte na strukturze sieciowej, która naśladuje struktury krystaliczne . Jednak struktura sieciowa tego nowego materiału składa się z podstawowych elementów znacznie większych niż atomy lub pojedyncze cząsteczki, ale jest raczej sztuczną niż naturalnie występującą strukturą. Osiągnięta interakcja jest jednak mniejsza od wymiarów fali promieniowania terahercowego . Ponadto pożądane wyniki są oparte na rezonansowej wytworzonych elementów podstawowych . Atrakcyjność i użyteczność wynikają z odpowiedzi rezonansowej, którą można dostosować do konkretnych zastosowań i którą można kontrolować elektrycznie lub optycznie. Albo odpowiedź może być materiałem pasywnym .

Rozwój elektromagnetycznych materiałów o strukturze sztucznej sieci, zwanych metamateriałami, doprowadził do realizacji zjawisk , których nie można uzyskać za pomocą materiałów naturalnych . Można to zaobserwować na przykład w przypadku soczewki ze szkła naturalnego , która oddziałuje ze światłem ( falą elektromagnetyczną ) w sposób, który wydaje się być obsługiwany jedną ręką, podczas gdy światło jest dostarczane w sposób oburęczny. Innymi słowy, światło składa się z pola elektrycznego i pola magnetycznego . Interakcja konwencjonalnej soczewki lub innych materiałów naturalnych, ze światłem jest silnie zdominowane przez interakcję z polem elektrycznym (jedną ręką). Oddziaływanie magnetyczne w materiale soczewki jest zasadniczo zerowe. Powoduje to powszechne optyczne , takie jak bariera dyfrakcyjna . Co więcej, istnieje fundamentalny brak naturalnych materiałów, które silnie oddziałują z polem magnetycznym światła. Metamateriały, syntetyczna struktura kompozytowa, pokonują to ograniczenie. Ponadto wybór interakcji można wymyślać i ponownie wymyślać podczas produkcji, zgodnie z prawami fizyki . Stąd możliwości interakcji z widmo elektromagnetyczne , jakim jest światło, zostaje poszerzone.

Technologia terahercowa

terahercowe lub długości fal submilimetrowych , które istnieją między częstotliwościami mikrofalowymi a długościami fal podczerwonych , można metaforycznie określić jako „niezajęte terytorium”, na którym prawie nie ma żadnych urządzeń. Ponieważ istnieją ograniczenia propagacji pasma terahercowego w atmosferze, sektor komercyjny pozostał niezaangażowany w taki rozwój technologiczny. Jednak urządzenia terahercowe były przydatne w teledetekcji i spektroskopii . Co więcej, dzięki submilimetrowym technikom obserwacji zgromadzono bogatą wiedzę. W szczególności badacze interdyscyplinarni zajmujący się astronomią, chemią, nauki o ziemi , nauki o planetach i nauki o kosmosie badały linie emisji cieplnej dla różnorodnego i dużego asortymentu cząsteczek gazu . Ilość uzyskanych informacji jest specyficznie podatna na to szczególne pasmo promieniowania elektromagnetycznego . Rzeczywiście, kosmos jest przesycony energią terahercową, a tymczasem prawie wszystko wydaje się być pomijane, lekceważone lub po prostu niezidentyfikowane.

Urządzenia z metamateriałów terahercowych

Rozwój metamateriałów przeszedł przez widmo elektromagnetyczne aż do częstotliwości terahercowych i podczerwonych , ale nie obejmuje jeszcze widma światła widzialnego . Dzieje się tak, ponieważ na przykład łatwiej jest zbudować strukturę z większymi podstawowymi elementami, które mogą kontrolować mikrofale . Podstawowe elementy dla częstotliwości terahercowych i podczerwonych zostały stopniowo przeskalowane do mniejszych rozmiarów. W przyszłości światło widzialne będzie wymagało jeszcze mniejszych elementów, aby można je było kontrolować za pomocą metamateriałów.

Wraz ze zdolnością do interakcji na częstotliwościach terahercowych istnieje chęć budowania, wdrażania i integrowania aplikacji metamateriałów THz na całym świecie w społeczeństwie. Dzieje się tak, ponieważ, jak wyjaśniono powyżej, komponenty i systemy o możliwościach terahercowych wypełnią technologicznie istotną pustkę. Ponieważ nie są dostępne żadne znane naturalne materiały, które mogłyby to osiągnąć, sztucznie wytworzone materiały muszą teraz zająć ich miejsce.

Badania rozpoczęto od zademonstrowania praktycznego metamateriału terahercowego. Ponadto, ponieważ wiele materiałów w sposób naturalny nie reaguje na promieniowanie THz, konieczne jest zbudowanie urządzeń elektromagnetycznych, które umożliwią konstruowanie użytecznych technologii stosowanych w tym zakresie. Są to urządzenia takie jak ukierunkowane źródła światła , soczewki , przełączniki , modulatory i czujniki . Ta pustka obejmuje również urządzenia do przesuwania fazy i sterowania wiązką Rzeczywiste zastosowania w paśmie THz są wciąż w powijakach

Osiągnięto umiarkowany postęp. Urządzenia z metamateriałów terahercowych zostały zademonstrowane w laboratorium jako przestrajalne dalekiej podczerwieni , optyczne modulatory przełączające i absorbery metamateriałów . Niedawne istnienie źródła promieniowania terahercowego to ogólnie kwantowe lasery kaskadowe THz , lasery THz pompowane optycznie, oscylatory fali wstecznej (BWO) i źródła o zwielokrotnionej częstotliwości. Jednak technologie kontrolowania i manipulowania falami THz pozostają w tyle za innymi domenami częstotliwości widma światła.

Ponadto badania nad technologiami wykorzystującymi częstotliwości THz pokazują możliwości zaawansowanych technik wykrywania . W obszarach, w których inne długości fal są ograniczone, częstotliwości THz wydają się wypełniać lukę w niedalekiej przyszłości dla postępów w zakresie bezpieczeństwa, zdrowia publicznego , biomedycyny , obrony , komunikacji i kontroli jakości W produkcji. To pasmo terahercowe wyróżnia się tym, że jest nieinwazyjne i dlatego nie zakłóca ani nie zakłóca struktury napromieniowywanego obiektu. Jednocześnie to pasmo częstotliwości wykazuje takie możliwości, jak przechodzenie przez i obrazowanie zawartości plastikowego pojemnika , penetracja kilku milimetrów tkanki ludzkiej skóry bez skutków ubocznych, przechodzenie przez ubranie w celu wykrycia przedmiotów ukrytych na personelu oraz wykrywanie substancji chemicznych i czynniki biologiczne jako nowe podejście do walki z terroryzmem . Metamateriały terahercowe, ponieważ oddziałują z odpowiednimi częstotliwościami THz, wydają się być jedną z odpowiedzi w opracowywaniu materiałów wykorzystujących promieniowanie THz.

Naukowcy uważają, że sztuczne struktury magnetyczne (paramagnetyczne) lub struktury hybrydowe, które łączą naturalne i sztuczne materiały magnetyczne, mogą odgrywać kluczową rolę w urządzeniach terahercowych. Niektóre urządzenia metamateriałowe THz to kompaktowe wnęki, adaptacyjna optyka i soczewki, przestrajalne lustra, izolatory i konwertery .

Wyzwania w tej dziedzinie

Generowanie promieniowania elektromagnetycznego THz

Zobacz też: Źródła promieniowania terahercowego

Bez dostępnych źródeł terahercowych inne aplikacje są wstrzymywane. W przeciwieństwie do tego, urządzenia półprzewodnikowe stały się integralną częścią codziennego życia. Oznacza to, że komercyjne i naukowe zastosowania do generowania odpowiednich pasm częstotliwości światła współmiernych do zastosowania lub urządzenia półprzewodnikowego są w powszechnym użyciu. Lasery widzialne i podczerwone są podstawą technologii informatycznych . Ponadto na drugim końcu widma znajdują się nadajniki mikrofal i częstotliwości radiowych, które umożliwiają komunikację bezprzewodową.

Jednak aplikacje dla reżimu terahercowego, wcześniej zdefiniowanego jako przerwa terahercowa od 0,1 do 10 THz, są w porównaniu z reżimem zubożałym. Istnieją źródła do generowania wymaganych częstotliwości THz (lub długości fali ), ale inne wyzwania utrudniają ich użyteczność. Urządzenia laserowe terahercowe nie są kompaktowe i dlatego nie są przenośne i niełatwo je zintegrować z systemami . Ponadto brakuje półprzewodnikowych źródeł terahercowych o niskim zużyciu energii. Ponadto obecne urządzenia mają również jedną lub więcej wad niskiej mocy wyjściowej , słabej zdolności strojenia i może wymagać cieczy kriogenicznych do działania ( ciekły hel ). Ponadto ten brak odpowiednich źródeł ogranicza możliwości w spektroskopii , teledetekcji , komunikacji w przestrzeni kosmicznej i obrazowaniu medycznym .

Tymczasem na całym świecie prowadzone są badania nad potencjalnymi zastosowaniami częstotliwości terahercowych. Dwie niedawno opracowane technologie, spektroskopia terahercowa w dziedzinie czasu i kwantowe lasery kaskadowe, mogą być częścią wielu platform rozwojowych na całym świecie. Jednak urządzenia i komponenty niezbędne do skutecznego manipulowania promieniowaniem terahercowym wymagają znacznie większego rozwoju niż to, co zostało osiągnięte do tej pory (2012).

Oddziaływanie pola magnetycznego

, takie jak konwencjonalne soczewki i szklane pryzmaty , nie są w stanie znacząco oddziaływać z polem magnetycznym światła . Znacząca interakcja ( przenikalność elektryczna ) zachodzi z polem elektrycznym . W materiałach naturalnych każde użyteczne oddziaływanie magnetyczne zanika w zakresie częstotliwości gigaherców . W porównaniu z oddziaływaniem z polem elektrycznym komponent magnetyczny jest niezauważalny, gdy jest w środku terahercowe , podczerwone i widzialne . Tak więc znaczący krok nastąpił wraz z wynalezieniem praktycznego metamateriału przy częstotliwościach mikrofalowych, ponieważ podstawowe elementy metamateriałów wykazały sprzężenie i reakcję indukcyjną na komponent magnetyczny współmierną do sprzężenia elektrycznego i odpowiedzi. To wykazało występowanie sztucznego magnetyzmu, a później zostało zastosowane do terahercowej i podczerwonej fali elektromagnetycznej (lub światła). W domenie terahercowej i podczerwonej jest to reakcja, której nie odkryto w przyrodzie.

Co więcej, ponieważ metamateriał jest sztucznie wytwarzany na każdym etapie budowy, daje to możliwość wyboru sposobu, w jaki światło lub terahercowa fala elektromagnetyczna będzie przechodzić przez materiał i być transmitowane . Taki stopień wyboru nie jest możliwy w przypadku konwencjonalnych materiałów . Sterowanie pochodzi również ze sprzężenia elektryczno-magnetycznego i reakcji elementarnych elementów, które są mniejsze niż długość fali elektromagnetycznej przechodzącej przez zmontowany metamateriał.

Promieniowanie elektromagnetyczne , które obejmuje światło, przenosi energię i pęd , które mogą być nadawane materii , z którą oddziałuje. Promieniowanie i materia pozostają w symbiozie. Promieniowanie nie oddziałuje po prostu na materiał ani nie oddziałuje na nie po prostu dany materiał; promieniowanie oddziałuje z materią.

Oddziaływanie magnetyczne lub sprzężenie indukowane dowolnego materiału można przełożyć na przepuszczalność . Przepuszczalność naturalnie występujących materiałów jest wartością dodatnią. Unikalną zdolnością metamateriałów jest osiąganie wartości przepuszczalności mniejszych od zera (lub wartości ujemnych), które nie są dostępne w naturze. Ujemną przepuszczalność uzyskano po raz pierwszy przy częstotliwościach mikrofalowych za pomocą pierwszych metamateriałów. Kilka lat później wykazano przepuszczalność ujemną w reżimie terahercowym.

Materiały, które mogą sprzęgać się magnetycznie, są szczególnie rzadkie przy częstotliwościach terahercowych lub optycznych.

Opublikowane badania dotyczące niektórych naturalnych materiałów magnetycznych stwierdzają, że materiały te reagują na częstotliwości powyżej zakresu mikrofal, ale odpowiedź jest zwykle słaba i ograniczona do wąskiego pasma częstotliwości. Zmniejsza to możliwe użyteczne urządzenia terahercowe. Zauważono, że realizacja magnetyzmu przy THz i wyższych częstotliwościach znacząco wpłynie na optykę terahercową i jej zastosowania.

Ma to związek ze sprzężeniem magnetycznym na poziomie atomowym . Wadę tę można przezwyciężyć, stosując metamateriały, które odzwierciedlają atomowe sprzężenie magnetyczne w skali wielkości większej niż atom.

Pierwsze metamateriały THz

Pierwszymi metamateriałami terahercowymi zdolnymi do osiągnięcia pożądanej odpowiedzi magnetycznej, która obejmowała ujemne wartości przepuszczalności , były materiały pasywne . Z tego powodu „dostrojenie” osiągnięto poprzez wytworzenie nowego materiału z nieznacznie zmienionymi wymiarami, aby stworzyć nową reakcję. Jednak godnym uwagi postępem lub praktycznym osiągnięciem jest w rzeczywistości wykazanie manipulacji promieniowaniem terahercowym za pomocą metamateriałów .

Na potrzeby pierwszej demonstracji stworzono więcej niż jedną strukturę metamateriałową. Jednak demonstracja pokazała zakres od 0,6 do 1,8 teraherca. Uważano, że wyniki pokazują również, że efekt można dostroić w całym reżimie częstotliwości terahercowych poprzez skalowanie wymiarów struktury. Następnie odbyły się demonstracje przy 6 THz i 100 THz.

Przy pierwszej demonstracji skalowanie elementów i odstępy pozwoliły na sukces w zakresie częstotliwości terahercowych. Podobnie jak w przypadku metamateriałów w niższych zakresach częstotliwości, elementy te były materiałami niemagnetycznymi, ale były elementami przewodzącymi. Konstrukcja pozwala na rezonans, który występuje jednocześnie z komponentami elektrycznymi i magnetycznymi. Godna uwagi jest silna reakcja magnetyczna tych sztucznie skonstruowanych materiałów.

Aby elementy reagowały w rezonansie, przy określonych częstotliwościach, jest to ustalane przez specjalne zaprojektowanie elementu. Elementy są następnie umieszczane w powtarzającym się wzorze, jak to ma miejsce w przypadku metamateriałów. W tym przypadku połączone i ułożone elementy, wraz z dbałością o odstępy, składają się na płaski, prostokątny (płaski) strukturalny metamateriał. Ponieważ został zaprojektowany do pracy na częstotliwościach terahercowych, fotolitografia służy do wytrawiania elementów na podłożu.

Reakcje magnetyczne i współczynnik załamania światła

Dalsze informacje: Paramagnetyzm i rezonator z rozciętym pierścieniem
Schematyczna konfiguracja eksperymentu elipsometrii .

Rezonator z dzielonym pierścieniem (SRR) jest powszechnym metamateriałem używanym w różnych eksperymentach. Reakcje magnetyczne ( przepuszczalność ) przy częstotliwościach terahercowych można uzyskać za pomocą struktury składającej się z elementów niemagnetycznych , takich jak drut miedziany SRR, które wykazują różne odpowiedzi skupione wokół częstotliwości rezonansowej. Rezonatory z dzielonym pierścieniem wykazują zdolność do strojenia w reżimie terahercowym. Ponadto powtarzająca się struktura, z której składają się materiały składowe, stosuje tę samą strategię uśredniania pola elektromagnetycznego podczas manipulowania i przesyłania promieniowania terahercowego. Ta technika uśredniania nazywana jest efektywna średnia odpowiedź .

Efektywna przepuszczalność µ- eff jest zwiększana przez indukcyjność pierścieni, a pojemność występuje w odstępach między rozciętymi pierścieniami. W tym terahercowym eksperymencie zastosowano raczej elipsometrię niż falowody. Innymi słowy, źródło światła w wolnej przestrzeni emituje spolaryzowaną wiązkę promieniowania , która jest następnie odbijana od próbki (patrz ilustracje po prawej). Emitowana polaryzacja jest zamierzona, a kąt polaryzacji jest znany. Następnie mierzy się zmianę polaryzacji (od materiału próbki). [ wymagane wyjaśnienie ] Uwzględniane są informacje o różnicy faz (jeśli występuje) i odbitej polaryzacji.

Lokalne pole magnetyczne materiału komórki można rozumieć jako odpowiedź magnetyczną . Poniżej rezonansu miejscowe pole magnetyczne wzrasta. Odpowiedź magnetyczna pozostaje w fazie z polem elektrycznym. Ponieważ ogniwo SRR jest w rzeczywistości materiałem niemagnetycznym, ta lokalna odpowiedź magnetyczna jest tymczasowa i zachowuje właściwości magnetyczne tylko tak długo, jak istnieje zewnętrzne pole magnetyczne. W ten sposób całkowite namagnesowanie spadnie do zera, gdy przyłożone pole zostanie usunięte. Ponadto lokalna odpowiedź magnetyczna jest w rzeczywistości ułamkiem całkowitego pola magnetycznego. Ułamek ten jest proporcjonalny do natężenia pola i to wyjaśnia zależność liniową. Podobnie istnieje zagregowana odpowiedź liniowa w całym materiale. Ma to tendencję do naśladowania wyrównań i obrotów na poziomie atomowym.

Wraz ze wzrostem częstotliwości, która z czasem zbliża się do rezonansu, prądy indukowane w zapętlonym przewodzie nie nadążają już za przyłożonym polem, a lokalna odpowiedź zaczyna się opóźniać. Następnie, gdy częstotliwość dalej wzrasta, indukowana odpowiedź pola lokalnego pozostaje w tyle, aż całkowicie przesunie się w fazie z polem wzbudzenia. Powoduje to, że przenikalność magnetyczna spada poniżej jedności i zawiera wartości mniejsze od zera. Liniowe sprzężenie między indukowanym polem lokalnym a fluktuującym przyłożonym polem kontrastuje z nieliniową charakterystyką ferromagnetyzmu

Później zademonstrowano odpowiedź magnetyczną w tych materiałach przy 100 terahercach iw reżimie podczerwieni. Udowodnienie odpowiedzi magnetycznej było ważnym krokiem w kierunku późniejszej kontroli współczynnika załamania światła . Ostatecznie ujemny współczynnik załamania światła uzyskano dla terahercowych długości fal przy 200 terahercach, stosując równoległe pary warstw metalicznych nanopręcików. Uzupełnieniem tej pracy są również badania plazmonów powierzchniowych w reżimie terahercowym.

Kontynuowane są również badania nad zastosowaniem zewnętrznych elementów sterujących, takich jak przełączanie elektroniczne i struktury półprzewodnikowe, do kontrolowania właściwości transmisji i odbicia.

Rekonfigurowalne metamateriały terahercowe

Metamateriały elektromagnetyczne dają nadzieję na wypełnienie luki terahercowej (0,1 – 10 THz). Luka terahercowa jest spowodowana dwoma ogólnymi niedociągnięciami. Po pierwsze, prawie żadne naturalnie występujące materiały nie są dostępne do zastosowań, które wykorzystywałyby źródła częstotliwości terahercowych . Drugi to niezdolność do przełożenia sukcesów metamateriałów EM w mikrofalowej i optycznej na domenę terahercową.

Co więcej, większość badań koncentrowała się na właściwościach pasywnych sztucznej okresowej transmisji THz , określonych przez modelowanie elementów metamateriału, np. Wpływ wielkości i kształtu wtrąceń, grubości warstwy metalicznej, geometrii otworów, okresowości itp. Wykazano, że na rezonans można również wpływać poprzez osadzanie warstwy dielektrycznej na metalowych układach otworowych i domieszkowanie podłoża półprzewodnikowego, co powoduje znaczne przesunięcie częstotliwości rezonansowej. Jednak niewiele prac skupiało się na „aktywnym” manipulowaniu niezwykłą transmisją optyczną, chociaż jest to niezbędne do realizacji wielu zastosowań.

Odpowiadając na to zapotrzebowanie, istnieją propozycje „aktywnych metamateriałów”, które mogą proaktywnie kontrolować proporcję składowych transmisyjnych i odbiciowych promieniowania źródłowego (EM). Strategie obejmują oświetlanie struktury światłem lasera, zmianę zewnętrznego statycznego pola magnetycznego gdzie prąd nie zmienia się, oraz przy użyciu zewnętrznego źródła napięcia polaryzacji (sterowanego półprzewodnikowo). Metody te prowadzą do możliwości wysokoczułej spektroskopii, generowania teraherców o większej mocy, bezpiecznej komunikacji THz krótkiego zasięgu, jeszcze bardziej czułego wykrywania dzięki możliwościom terahercowym. Ponadto obejmują one rozwój technik bardziej czułej detekcji terahercowej oraz skuteczniejszej kontroli i manipulacji falami terahercowymi.

Zastosowanie technologii MEM

Połączenie elementów metamateriałowych – w szczególności rezonatorów z rozciętym pierścieniem – z technologią systemów mikroelektromechanicznych – umożliwiło stworzenie niepłaskich elastycznych kompozytów i mikromechanicznie aktywnych struktur, w których orientacja elementów rezonansowych elektromagnetycznie może być precyzyjnie kontrolowana w odniesieniu do pola padającego.

Dynamiczna odpowiedź metamateriałów elektrycznych i magnetycznych przy częstotliwościach THz

Teorię, symulację i demonstrację dynamicznej odpowiedzi parametrów metamateriałów przedstawiono po raz pierwszy za pomocą płaskiego układu rezonatorów z rozszczepionym pierścieniem (SRR).

Przegląd urządzeń z metamateriałów terahercowych

Metamateriały terahercowe umożliwiają badanie nowych urządzeń.

Nowatorskie projekty wzmacniaczy

Przekrój terahercowego obwodu rurowego z falą biegnącą ze złożonym falowodem z układami otworów na ścianach. Zdjęcie z NASA Glenn Research Center.
Terahercowy planarny obwód rurowy z falą biegnącą z metamateriałem osadzonym w podłożu. Zdjęcie z NASA Glenn Research Center

W terahercach kompaktowe wzmacniacze średniej mocy nie są dostępne. Powoduje to, że region jest niewykorzystany, a brak nowych wzmacniaczy można bezpośrednio przypisać jako jedną z przyczyn.

Prace badawcze obejmowały badanie, tworzenie i projektowanie lekkich wolnofalowych urządzeń elektronicznych próżniowych opartych na wzmacniaczach lampowych z falą bieżącą . Są to konstrukcje wykorzystujące składane falowody , obwody wolnofalowe, w których fala terahercowa wije się po serpentynowej ścieżce, oddziałując z liniową wiązką elektronów. Konstrukcje rur z falą biegnącą ze złożonym falowodem mają częstotliwości 670, 850 i 1030 GHz. Aby złagodzić ograniczenia mocy wynikające z małych wymiarów i wysokiego tłumienia, badane są również nowatorskie projekty obwodów planarnych.

Wewnętrzna praca w NASA Glenn Research Center zbadała wykorzystanie metamateriałów - materiałów inżynierskich o unikalnych właściwościach elektromagnetycznych w celu zwiększenia mocy i wydajności wzmocnienia terahercowego w dwóch rodzajach obwodów wolnofalowych elektroniki próżniowej. Pierwszy typ obwodu ma zagiętą geometrię falowodu, w której anizotropowe dielektryki i dziurawe metamateriały składają się z macierzy otworów o długości fali mniejszej (patrz ilustracja po prawej).

Drugi typ obwodu ma płaską geometrię z meandrową linią transmisyjną do przenoszenia fali elektromagnetycznej oraz strukturą metamateriałową osadzoną w podłożu. Wyniki obliczeń są bardziej obiecujące w przypadku tego obwodu. Wstępne wyniki sugerują, że struktura metamateriału jest skuteczna w zmniejszaniu wielkości pola elektrycznego w podłożu i zwiększaniu wielkości w obszarze powyżej linii meandra, gdzie może oddziaływać z wiązką arkusza elektronów. Ponadto obwód planarny jest mniej trudny do wytworzenia i może zapewnić wyższy prąd. Potrzebne są dalsze prace w celu zbadania innych płaskich geometrii, optymalizacji interakcji pola elektrycznego/wiązki elektronów oraz zaprojektowania geometrii magnesów skupiających dla wiązki blachy.

Nowatorskie czujniki terahercowe i modulatory fazy

Możliwość sterowania promieniowaniem w reżimie terahercowym prowadzi do analizy konstrukcji urządzeń czujnikowych i modulatorów fazy. Szczególnie przydatne byłyby urządzenia, które mogą aplikować to promieniowanie. Analizowane lub testowane są różne strategie dostrajania metamateriałów, które mogą działać jako czujniki. Podobnie liniowe przesunięcie fazowe można osiągnąć za pomocą urządzeń sterujących. Konieczne jest również posiadanie czujników, które będą w stanie wykryć określone zagrożenia na polu walki

Zobacz też

Notatki

Ogólne odniesienia

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Terahertz_metamaterial&oldid=1119370593 ”