Terahertzová fotonická heterodyní spektrální analýza s rozlišením (pod) kHz a krytím 6,5 THz

Souhrn

Vědci vyvinuli terahertzový spektrální analyzátor s nejširším dosud dosaženým frekvenčním rozsahem až 6,5 THz a spektrálním rozlišením na úrovni kilohertzů. Systém využívá fotonické technologie a umožňuje jak heterodyní, tak homodyní detekci při pokojové teplotě, což jej činí levnějším a praktičtějším než stávající elektronické řešení.

Klíčové body

Frekvenční pokrytí od 100 GHz do 6,5 THz, včetně oblasti nad 1,5 THz, kde působí kvantové kaskádové lasery
Spektrální rozlišení na úrovni (pod) kHz při šumu kolem několika aW/Hz
Systém je založen na fotonickém přijímači a lze jej synchronizovat s GPS pro návaznost na SI jednotky
Umožňuje rychlé nedestruktivní testování, astronomickou spektroskopii i frekvenčně modulovaný RADAR
Nabízí lepší poměr ceny a výkonu než současné elektronické spektrální analyzátory

Podrobnosti

Terahertzové frekvence (0,1–10 THz) jsou klíčové pro řadu aplikací, včetně bezdrátové komunikace nové generace, bezpečnostního skenování, analýzy farmaceutických látek a detekce skrytých defektů v materiálech. Dosavadní elektronické spektrální analyzátory v této oblasti trpí omezeným frekvenčním rozsahem, vysokými náklady a často vyžadují chlazení. Nový systém využívá fotonický přístup – konkrétně kombinaci režimově uzamčených laserů a fotonických hřebenů – což umožňuje kontinuální pokrytí celého pásma až do 6,5 THz při zachování vysokého rozlišení. Díky synchronizaci s GPS je možné měření návazně kalibrovat na mezinárodní jednotkový systém (SI), což je zásadní pro metrologické aplikace. Systém pracuje při pokojové teplotě a dosahuje šumového dna na úrovni jednotek atowattů na hertz (aW/Hz), což je konkurenceschopné vůči chlazeným elektronickým řešením.

Proč je to důležité

Tento výzkum překonává dosavadní bariéry v terahertzové spektroskopii, zejména v oblasti nad 1,5 THz, kde komerční přístroje téměř neexistují. Umožňuje tak praktické využití pokročilých zdrojů, jako jsou kvantové kaskádové lasery, pro reálné aplikace v průmyslu i vědě. Díky širokému frekvenčnímu pásmu a vysokému rozlišení lze nyní provádět rychlé a přesné analýzy materiálů bez jejich poškození, což má potenciál v lékařství, leteckém průmyslu i bezpečnostních technologiích. Fotonický přístup také otevírá cestu k levnějším a kompaktnějším terahertzovým systémům v budoucnu.

Číst původní článek

Zdroj: 📰 Nature.com