โมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกเทราเฮิรตซ์อัจฉริยะแบบแอคทีฟได้รับการพัฒนาสำเร็จแล้ว

เมื่อปีที่แล้ว ทีมวิจัยของ Sheng Zhigao ซึ่งเป็นนักวิจัยจากศูนย์สนามแม่เหล็กสูงของสถาบันวิทยาศาสตร์กายภาพเหอเฟย สถาบันวิทยาศาสตร์จีน ได้พัฒนาเครื่องปรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบเทราเฮิรตซ์อัจฉริยะที่ใช้งานได้จริง โดยอาศัยอุปกรณ์ทดลองสนามแม่เหล็กสูงแบบคงที่ งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ใน ACS Applied Materials & Interfaces

แม้ว่าเทคโนโลยีเทราเฮิรตซ์จะมีคุณลักษณะสเปกตรัมที่เหนือกว่าและมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวาง แต่การประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมยังคงถูกจำกัดอย่างมากเนื่องจากการพัฒนาของวัสดุเทราเฮิรตซ์และส่วนประกอบเทราเฮิรตซ์ การควบคุมคลื่นเทราเฮิรตซ์แบบแอคทีฟและอัจฉริยะโดยใช้สนามภายนอกถือเป็นแนวทางการวิจัยที่สำคัญในสาขานี้

ทีมวิจัยได้คิดค้นเครื่องปรับความเค้นเทราเฮิรตซ์ที่ใช้เทคโนโลยีกราฟีนแบบสองมิติ [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)] เครื่องปรับความเค้นแบบควบคุมด้วยแสงแบบแบนด์วิดท์กว้างเทราเฮิรตซ์ที่ใช้เทคโนโลยีออกไซด์ที่มีความสัมพันธ์กันอย่างแรง [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)] และแหล่งกำเนิดเทราเฮิรตซ์ควบคุมด้วยแม่เหล็กความถี่เดียวแบบใหม่ที่ใช้โฟนอน [Advanced Science 9, 2103229(2021)] โดยเลือกฟิล์มวาเนเดียมไดออกไซด์อิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องเป็นชั้นฟังก์ชัน โดยนำการออกแบบโครงสร้างหลายชั้นและวิธีการควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์มาใช้ การปรับความเค้นแบบแอคทีฟแบบมัลติฟังก์ชั่นของการส่งผ่าน การสะท้อน และการดูดกลืนเทราเฮิรตซ์ทำได้สำเร็จ (รูปที่ ก) ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า นอกจากการส่งผ่านและการดูดซับแล้ว เฟสการสะท้อนแสงและการสะท้อนยังสามารถควบคุมได้อย่างแข็งขันโดยสนามไฟฟ้า ซึ่งความลึกของการปรับการสะท้อนแสงสามารถไปถึง 99.9% และเฟสการสะท้อนแสงสามารถไปถึง ~180° modulation ได้ (รูปที่ b) ที่น่าสนใจกว่านั้นคือ เพื่อให้สามารถควบคุมไฟฟ้าเทราเฮิรตซ์ได้อย่างชาญฉลาด นักวิจัยได้ออกแบบอุปกรณ์ที่มีวงจรป้อนกลับแบบ “เทราเฮิรตซ์ – ไฟฟ้า-เทราเฮิรตซ์” แบบใหม่ (รูปที่ c) ไม่ว่าเงื่อนไขการเริ่มต้นและสภาพแวดล้อมภายนอกจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร อุปกรณ์อัจฉริยะสามารถเข้าถึงค่าการปรับเทราเฮิรตซ์ที่ตั้งไว้ (คาดหวัง) ได้โดยอัตโนมัติในเวลาประมาณ 30 วินาที

(ก) แผนผังของเครื่องควบคุมแสงด้วยไฟฟ้าจาก VO2

(b) การเปลี่ยนแปลงของการส่งผ่าน การสะท้อนแสง การดูดซับ และเฟสการสะท้อนด้วยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน

(c) แผนผังของการควบคุมอัจฉริยะ

การพัฒนาเทราเฮิรตซ์แบบแอคทีฟและอัจฉริยะเครื่องปรับคลื่นแสงไฟฟ้าการทำงานนี้ได้รับการสนับสนุนจากโครงการวิจัยและพัฒนาระดับชาติ มูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติ และกองทุนควบคุมทิศทางห้องปฏิบัติการสนามแม่เหล็กสูงของมณฑลอานฮุย โดยอาศัยวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้อง