THỤY SĨ – Các nhà nghiên cứu tại đại học EPFL (Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne, tại Thụy Sĩ) và Đại học Harvard (Harvard University, tại Mỹ) đã thiết kế một loại chip có thể chuyển đổi giữa xung điện từ ở dải tần terahertz và dải tần quang học trên cùng một thiết bị. Thiết kế tích hợp của chúng có thể phát triển các thiết bị cho lĩnh vực viễn thông siêu tốc, đo khoảng cách, quang phổ và điện toán.
Bức xạ terahertz là một dải sóng trên phổ điện từ có tần số cao hơn sóng vi ba (được sử dụng trong các công nghệ viễn thông như wifi) nhưng thấp hơn ánh sáng hồng ngoại (được sử dụng trong laser và sợi quang). Bước sóng ngắn của chúng cho phép tín hiệu terahertz (THz) truyền tải lượng lớn dữ liệu rất nhanh, nhưng việc kết nối bức xạ THz với các công nghệ quang học và vi ba hiện tại vẫn còn nhiều vấn đề.
Năm 2023, các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Hybrid Photonics (Laboratory of Hybrid Photonics) đã tiến thêm một bước nữa trong việc thu hẹp khoảng cách này khi họ tạo ra một chip photonic siêu mỏng được làm từ lithium niobate, khi kết nối với chùm tia laser, có thể tạo ra sóng THz được điều chỉnh chính xác. Giờ đây, nhóm nghiên cứu đã công bố một thiết kế mới không chỉ tạo ra sóng THz mà còn phát hiện sóng đến bằng cách chuyển đổi chúng thành tín hiệu quang học.
Việc chuyển đổi hai chiều này trên một nền tảng thu nhỏ duy nhất là một bước thiết yếu hướng tới việc kết nối miền THz và miền quang học, đồng thời cho phép phát triển các thiết bị kích thước nhỏ và tiết kiệm năng lượng cho truyền thông, cảm biến, quang phổ và điện toán. Nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature Communications.
Mạch quang tử và terahertz được tích hợp và thử nghiệm trên một chip duy nhất. Bức xạ terahertz được tạo ra, và thu thập bằng gương vàng ở mặt sau để sử dụng cho quang phổ (hoặc cảm biến) các vật liệu khác nhau.
Bà Cristina Benea-Chelmus, người đứng đầu phòng thí nghiệm Hybrid Photonics chia sẻ: “Ngoài việc lần đầu tiên chứng minh phát hiện xung THz trên chip mạch quang tử lithium niobate, chúng tôi đã tạo ra trường điện THz mạnh hơn 100 lần và tăng băng thông lên gấp năm lần (từ 680 GHz lên 3,5 THz)”.
Từ radar terahertz đến truyền thông 6G Nghiên cứu sinh tiến sĩ và tác giả chính Yazan Lampert giải thích rằng thiết kế sáng tạo của nhóm tập trung vào việc nhúng các cấu trúc kích thước micron gọi là đường truyền vào chip quang tử lithium niobate của họ. Những đường truyền này hoạt động giống như cáp vô tuyến kích cỡ chip để dẫn sóng THz dọc theo chip. Bằng cách đặt một cấu trúc thứ hai gần đó để dẫn sóng quang (ánh sáng), các nhà khoa học đã tăng cường tương tác và chuyển đổi giữa hai cấu trúc này với mức tổn thất năng lượng tối thiểu.
Ông Lampert chia sẻ: “Chúng tôi có thể điều khiển cả xung quang và xung THz trên cùng một nền tảng chỉ bằng thiết kế mạch thu nhỏ. Phương pháp của chúng tôi kết hợp mạch quang và mạch THz trên một thiết bị duy nhất với băng thông chưa từng có”.
Ví dụ, tín hiệu THz băng thông rộng do thiết bị lai tạo ra có thể được sử dụng để phát triển radar dựa trên terahertz, trong đó các xung THz cực ngắn có thể được sử dụng để ước tính khoảng cách (phạm vi) của vật thể trong phạm vi một milimét. Nhờ thiết kế nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng, loại chip này cũng tương thích với các công nghệ quang tử hiện có như laser, bộ điều biến ánh sáng và bộ cảm biến. Nhóm nghiên cứu hiện đang nỗ lực thu nhỏ thiết kế chip nhằm cho phép tích hợp liền mạch vào hệ thống liên lạc và đo khoảng cách thế hệ tiếp theo, chẳng hạn như hệ thống được sử dụng trong ô tô tự lái.
Ông Amirhassan Shams-Ansari, đồng tác giả đầu tiên của công trình này và hiện là kỹ sư laser chính tại Công ty DRS Daylight Solutions (trước đây là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại đại học Harvard), chia sẻ: “Vật liệu Lithium niobate màng mỏng đã chứng tỏ là một nền tảng mạnh mẽ cho quang tử tích hợp, cho phép tạo ra một thế hệ ứng dụng và thiết bị mới. Thật sự rất thú vị khi thấy công nghệ này tiến vào lĩnh vực THz đầy hứa hẹn nhưng chưa được khai thác.”
Bà Cristina Benea-Chelmus chia sẻ: “Chúng tôi dự đoán rằng các hướng dẫn thiết kế mà chúng tôi đề xuất sẽ trở nên quan trọng trong các ứng dụng terahertz trong tương lai như truyền thông 6G tốc độ cao, trong đó cảm biến và đo khoảng cách sẽ là thành phần thiết yếu của mạng truyền thông”.
Để xem các tin bài khác về “Chip”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
