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科学家们通过整合激光和反射镜简化了太赫兹装置

持续百万分之一秒的电磁脉冲可能是医学成像、通讯和药物开发的关键。但这种被称为太赫兹的脉冲需要复杂而昂贵的设备长时间工作。

现在,普林斯顿大学的研究人员已经极大地简化了太赫兹装置:把激光和个反射镜传送到一个大约是指尖大小的芯片上。

在最近发表在IEEE固体电路杂志上的一篇文章中,研究人员描述了一种可以产生太赫兹波的微芯片。第二个芯片可以捕捉和读取波的复杂细节。

电磁波的未来:一种太赫兹芯片,可以实现透视材料的新方法

太赫兹波是电磁波谱的一部分,电磁波谱包括无线、X射线和可见光,而前者介于微波和红外波长之间。太赫兹波具有一些独特的特性,引起了科学家们的兴趣。一方面,它们通过了大部分非导电材料,因此可以通过包装或额外的盒子在安全的应用场景中使用。因为它们的能量比x射线少,所以不会损伤人体组织或DNA。

太赫兹也被用来分析不同的化学物质,因为它们处理不同化学物质的方式不同,所以可以用来表征特定物质。森古普塔说,这种被称为光谱、太赫兹技术的能力是利用光波分析材料的最有前景和最具挑战性的应用。

为实现这一目标,科学家们向目标物体发射了一系列太赫兹波,然后观察它们与波相互作用的变化。人们的眼睛在可见光范围内是相似的,我们看到的绿光反射的光来自于本拉登叶片叶绿素中的绿光频率。

挑战在于如何产生大范围的太赫兹波并解释它们与目标的相互作用,这需要一系列复杂的设备,如笨重的太赫兹发生器或超快激光器。设备的尺寸和成本对于大多数应用来说都是不切实际的。

多年来,研究人员为简化这些系统做了大量工作。今年9月,森古普塔的团队报告了一种缩小太赫兹发生器尺寸和设备的方法,使其恢复到毫米大小的芯片。解决方案在于新的成像天线功能。当太赫兹波与芯片内部的金属结构相互作用时,它们会产生一个复杂的电磁场,这是入射信号所特有的。通常,这些微妙的领域被忽略了。但研究人员意识到,他们可以读出图案作为确定电磁波的信号。整个过程可以通过微芯片内部的微型设备来完成,这些设备可以读取太多的赫兹。

布朗大学的工程教授Daniel Mittleman说,改进是“一项非常创新的工作,它有很大的影响。”红外毫米波国际协会副总裁Mittleman说,在太赫兹波段,它可以开始应用到日常生活中。科学家们在使用这个装置之前还有很多工作要做,但这一进展是有希望的。

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