Терагерцевый генератор собрали из CMOS-компонентов

Исследователи из Корнелла разработали новый метод генерации терагерцевых сигналов. Устройство на основе недорогого кремниевого чипа открывает широкие возможности по использованию новой технологии в медицине, военном деле и беспроводной передаче данных.

Терагерцевое излучение - это часть электромагнитного спектра между микроволнами и инфракрасным излучением. Оно легко проникает сквозь кожу человека, при этом не наносит вреда, в отличие от рентгеновских лучей. Потенциально терагерцевый сканер может обнаружить мельчайшие раковые опухоли, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Также многие сложные органические химические вещества, используемые для изготовления взрывчатки, на определенных частотах поглощают терагерцевое излучение. Это можно использовать для разработки сканеров, способных быстро обнаружить взрывчатку. Также в терагерцевом диапазоне можно передавать данные с огромной скоростью – полнометражный HD-фильм можно было бы передать всего за несколько секунд.

Новый терагерцевый генератор можно использовать в компактных сканерах и чипах беспроводной связи

К сожалению, современные генераторы терагерцевого излучения не назовешь дешевыми и компактными: наборы лазеров, вакуумных ламп, электросхем и криогенного охлаждения часто занимают целую комнату и стоят тысячи долларов.

Ученым впервые удалось создать новый метод изготовления терагерцевых генераторов с помощью распространенной и недорогой CMOS-технологии.

Способность твердотельных устройств генерировать высокие частоты ограничена характеристиками материала - в основном скоростью перемещения электронов в транзисторе. Разработчики использовали гармоники - сигналы, которые дополняют основную частоту генератора. Основная частота генерируется схемой из переменного конденсатора (варактора). Увы, варактор настроить на терагерцевые волны нельзя, но ученые нашли обходной путь: соединили нескольких генераторов в кольцо. Таким образом удалось создать кольцо генераторов с высоким качеством сигнала, где вся энергия излучается в очень узкой полосе частот. Использование нескольких генераторов приводит к тому, что как только один из них начинает вибрировать, другой вибрирует в ответ. В итоге они приходят в равновесие и при правильной настройке удается генерировать сигнал в 10000 раз более мощный, чем терагерцевые лучи полученные ранее на кремниевых чипах. Мощность можно увеличивать простым добавлением новых генераторов или колец.