物理学家为6G创建光学元件

螺旋带板制造工艺。来源:Arina Radivon et al

来自Skoltech, MIPT和ITMO的物理学家组成的联合团队开发了一种光学元件，可以帮助管理太赫兹光束的特性并将其分成几个通道。该装置可以作为太赫兹涡旋光束的调制器和发生器，用于医学、6G通信和显微镜。这篇论文发表在《先进光学材料》杂志上。快速发展的太赫兹技术涉及在微波和红外频段之间以大约1万亿赫兹或1太赫兹的速度传输信号。它将用于高速6G通信，以及医学，作为x射线的替代品。研究人员目前正专注于创造适应这些频率的光学元件，以及可用于传输此类信号的发生器。MIPT和Skoltech的物理学家共同开发了一种基于碳纳米管的变焦菲涅耳带板，可以聚焦太赫兹辐射并通过拉伸调整板的特性。在他们最近的研究中，研究人员与ITMO合作合成了一种工作在太赫兹范围内的光学元件。“我们与Skoltech和ITMO一起，赢得了Clover竞赛的光子学联合研究项目，并决定创造一个螺旋带板。“ITMO对板的形状和行为进行了设计计算，Skoltech合成了纳米材料并制造了具有预期几何形状的板，MIPT使用RAS普通物理研究所的设备对板进行了实验测试，”MIPT纳米光学和等离子体实验室的高级研究员Maria Burdanova说。这种新板由碳纳米管薄膜制成，可以扭曲穿过它的太赫兹光束的波前。在实验中，研究小组将两个板并排放置，然后相对旋转，改变辐射强度的分布，将光束分成几个不同辐射强度的区域(模式)，每个区域都可以作为信息传递的通道。

在调制器焦点附近的光束强度和相位的空间分布的例子。来源:Arina Radivon等人

研究小组使用太赫兹成像方法对该板的特性进行了实验测试。将强大的辐射源对准平板，利用亚波长孔径和基于Golay细胞的二维光栅扫描系统检测电磁场强度的分布。研究人员使用得到的图像来确定平板产生了扭曲的光束，并检查了强度模式。新的调制器适用于各种需要聚焦和重新定位光束的应用，包括太赫兹显微镜和生物医学。

“由于缺乏统一的仪器和设备标准，进入太赫兹波段是一个重要的挑战。与此同时，它为竞争性研究和创造性解决方案的创造打开了大门。突出碳纳米管前景的一个关键特征是有可能创造出多功能器件，这些器件可以通过原子、超分子和微米级别的不同响应来微调特性。

“我们的联合团队第一次成功地引入了一个额外的效应:不同纳米管模式的相互作用。这为未来的设备铺平了道路。令人惊讶的是，这项研究从最初的想法到概念验证只用了不到9个月的时间——这是我迄今为止职业生涯中最快的项目之一。“如果没有ITMO、MIPT和Skoltech的共同努力，这一突破是不可能实现的。Skoltech Photonics副教授Dmitry Krasnikov评论道:“这强调了种子项目在加强俄罗斯研究团队之间国内合作方面的潜力。”“我们的三叶草项目今年延期了。我们计划在相同的螺旋带片的基础上制造一个太赫兹自适应变焦装置，但增强了操作能力。我们也希望为我们已经拥有的设备申请专利，”Burdanova补充道。2023年，Skoltech、MIPT和ITMO大学启动了Clover计划，以支持合作研究，促进该国三所顶尖大学在光子学领域的合作。Clover面向学生、研究人员和博士后，让他们参与前沿研究项目，促进顶尖研究团队之间的流动。

长期目标是在俄罗斯启动光子学和相关领域的大规模项目。Clover竞赛汇集了生物光子学、先进光子材料、拓扑光子学、光学计算和激光物理与技术领域的顶尖研究人员。