มอดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าเทราเฮิรตซ์อัจฉริยะแบบแอคทีฟได้รับการพัฒนาสำเร็จแล้ว

เมื่อปีที่แล้ว ทีมวิจัยของเซิ่ง จื้อเกา นักวิจัยจากศูนย์สนามแม่เหล็กสูง สถาบันวิทยาศาสตร์กายภาพเหอเฟย์ สังกัดสถาบันวิทยาศาสตร์จีน ได้พัฒนาเครื่องมอดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกเทราเฮิรตซ์แบบแอคทีฟและอัจฉริยะ ซึ่งอาศัยอุปกรณ์ทดลองสนามแม่เหล็กสูงแบบคงตัว งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร ACS Applied Materials & Interfaces

แม้ว่าเทคโนโลยีเทราเฮิรตซ์จะมีคุณลักษณะสเปกตรัมที่เหนือกว่าและมีแนวโน้มการประยุกต์ใช้ที่กว้างขวาง แต่การประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมยังคงมีข้อจำกัดอย่างมากเนื่องจากการพัฒนาวัสดุเทราเฮิรตซ์และส่วนประกอบเทราเฮิรตซ์ หนึ่งในนั้น การควบคุมคลื่นเทราเฮิรตซ์แบบแอคทีฟและอัจฉริยะโดยสนามภายนอกถือเป็นทิศทางการวิจัยที่สำคัญในสาขานี้

ด้วยเป้าหมายการวิจัยที่ล้ำสมัยเกี่ยวกับส่วนประกอบหลักเทราเฮิรตซ์ ทีมวิจัยได้คิดค้นเครื่องปรับความเค้นเทราเฮิรตซ์โดยใช้วัสดุกราฟีนสองมิติ [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)] ซึ่งเป็นเครื่องปรับความเค้นแบบควบคุมด้วยแสงแบบบรอดแบนด์เทราเฮิรตซ์ที่ใช้ออกไซด์ที่มีความสัมพันธ์กันอย่างแน่นหนา [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)] และแหล่งกำเนิดเทราเฮิรตซ์ควบคุมด้วยแม่เหล็กความถี่เดียวแบบใหม่ที่ใช้โฟนอน [Advanced Science 9, 2103229(2021)] โดยเลือกใช้ฟิล์มวาเนเดียมไดออกไซด์อิเล็กตรอนออกไซด์ที่เกี่ยวข้องเป็นชั้นฟังก์ชัน ออกแบบโครงสร้างหลายชั้น และวิธีการควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์ การปรับความเค้นแบบแอคทีฟแบบหลายฟังก์ชันของการส่งผ่าน การสะท้อน และการดูดกลืนเทราเฮิรตซ์ทำได้สำเร็จ (รูปที่ a) ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า นอกจากค่าการส่งผ่านและค่าการดูดกลืนแสงแล้ว เฟสการสะท้อนแสงและเฟสการสะท้อนยังสามารถถูกควบคุมโดยสนามไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งความลึกของการปรับค่าการสะท้อนแสงสามารถสูงถึง 99.9% และเฟสการสะท้อนสามารถปรับได้สูงถึง ~180° (รูปที่ b) ที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้น เพื่อให้สามารถควบคุมไฟฟ้าแบบเทราเฮิรตซ์ได้อย่างชาญฉลาด นักวิจัยได้ออกแบบอุปกรณ์ที่มีลูปป้อนกลับแบบใหม่ “เทราเฮิรตซ์ – ไฟฟ้า-เทราเฮิรตซ์” (รูปที่ c) ไม่ว่าสภาวะเริ่มต้นและสภาพแวดล้อมภายนอกจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร อุปกรณ์อัจฉริยะสามารถเข้าถึงค่าการปรับเทราเฮิรตซ์ที่ตั้งไว้ (ตามที่คาดไว้) ได้โดยอัตโนมัติภายในเวลาประมาณ 30 วินาที

(ก) แผนผังของตัวปรับแสงไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ VO2

(b) การเปลี่ยนแปลงของการส่งผ่าน การสะท้อนแสง การดูดกลืนแสง และเฟสการสะท้อนด้วยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน

(c) แผนผังของการควบคุมอัจฉริยะ

การพัฒนาเทราเฮิรตซ์แบบแอคทีฟและอัจฉริยะตัวปรับแสงไฟฟ้างานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากโครงการวิจัยและพัฒนาหลักแห่งชาติ (National Key Research and Development Program) มูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติ (National Natural Science Foundation) และกองทุนควบคุมทิศทางห้องปฏิบัติการสนามแม่เหล็กสูง (High Magnetic Field Laboratory Direction Fund) ของมณฑลอานฮุย โดยอาศัยวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้อง