Novo tipo de filtro sintonizável revela o potencial para comunicações sem fio terahertz

Conceito esquemático do filtro sintonizável desenvolvido. (a) Vista em corte transversal do filtro; (b) relação entre período e índice de refração; (c) mudança de frequência devido à mudança do índice de refração. Crédito:Cartas Ópticas (2024). DOI:10.1364/OL.515504

As ondas eletromagnéticas na faixa de frequência terahertz oferecem muitas vantagens para comunicações e aplicações avançadas em digitalização e imagem, mas a realização de seu potencial apresenta desafios. Pesquisadores da Universidade de Tohoku abordaram um dos principais desafios ao desenvolver um novo tipo de filtro sintonizável para sinais na banda de ondas terahertz. Eles publicaram seu trabalho na revista Optics Letters .

As ondas Terahertz ocupam uma região do espectro eletromagnético entre as frequências de microondas e infravermelhas. Eles têm uma frequência mais alta (comprimento de onda mais curto) do que as ondas de rádio, mas uma frequência mais baixa do que a luz visível. O espectro de ondas de rádio cada vez mais congestionado transporta a grande quantidade de dados transmitidos por WiFi, Bluetooth e sistemas atuais de comunicação de telefonia móvel (celular).

O congestionamento de sinais nas partes de frequência mais baixa do espectro eletromagnético é um incentivo para explorar as opções na região dos terahertz. Outra é a capacidade de suportar taxas de transmissão de dados ultra-elevadas. Um desafio importante no uso de sinais terahertz para aplicações de rotina, entretanto, é ser capaz de sintonizar e filtrar os sinais em frequências específicas. A filtragem é necessária para evitar interferência de sinais fora da banda de frequência desejada.

“Construímos e demonstramos um filtro sintonizável em frequência para ondas terahertz, que alcançou uma taxa de transmissão mais alta e melhor qualidade de sinal do que os sistemas convencionais, revelando o potencial para comunicações sem fio terahertz”, disse Yoshiaki Kanamori da equipe de Tohoku. Ele acrescenta que o trabalho também poderia ser aplicado de forma mais ampla fora da faixa de frequência terahertz.

O novo filtro terahertz é baseado em um dispositivo chamado interferômetro Fabry-Perot, que, como todos os interferômetros, depende dos padrões de interferência criados quando diferentes ondas de radiação eletromagnética interagem entre si à medida que saltam entre os espelhos. A versão dos pesquisadores usa grades finamente estruturadas, com lacunas menores que o comprimento de onda das ondas em interação, como material entre os espelhos.

O estiramento variável das grades permite o controle preciso do seu índice de refração necessário para ajustar o efeito de filtragem do interferômetro. Isso permite que apenas a frequência desejada seja transmitida. O uso de diferentes grades permite o controle sobre diferentes faixas de frequência selecionadas.

A equipe demonstrou a aplicação de seu sistema para frequências adequadas para sinais de telefonia móvel de próxima geração (6G).

“Além da aplicação do nosso método em sistemas de comunicação, também prevemos usos em tecnologias de digitalização e imagem na medicina e na indústria”, diz Kanamori.

Uma vantagem das ondas terahertz na varredura e na geração de imagens é que elas podem penetrar facilmente em materiais, incluindo tecidos biológicos, que bloqueiam a passagem da luz. Além de aplicações médicas, isso pode oferecer oportunidades para análise de materiais, sistemas de segurança e controle de qualidade na fabricação.

“No geral, nosso trabalho oferece um método simples e econômico para filtrar e controlar ativamente ondas terahertz, o que poderia avançar seu uso em muitas aplicações”, conclui Kanamori.

Mais informações: Ying Huang et al, interferômetro Tunable Fabry – Perot operado na faixa de terahertz com base em um controle de índice de refração eficaz usando redes de comprimento de onda de passo variável, Optics Letters (2024). DOI:10.1364/OL.515504
Fornecido pela Universidade Tohoku

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