【光学前沿】物理学家研制出用于6G的光学元件

       来自Skoltech、MIPT和ITMO的物理学家组成的联合团队开发出一种光学元件，有助于管理太赫兹光束的特性并将其分成几个通道。这种新装置可用作太赫兹涡旋束的调制器和发生器，用于医疗、6G通信和显微镜检查。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以介于微波和红外频段之间的约1万亿赫兹（或1太赫兹）的频率传输信号。它将用于高速6G通信和医学领域，作为X射线的替代品。目前，研究人员正致力于制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。

   
  螺旋带板制造工艺

    来自MIPT和Skoltech的物理学家联合开发了一种基于碳纳米管的变焦菲涅尔区板，能够聚焦太赫兹辐射，并通过拉伸调整板的特性。在近年的研究中，研究人员与ITMO联手合成了一种可在太赫兹范围内工作的光学元件。

    MIPT纳米光学和等离子体实验室高级研究员MariaBurdanova说：“我们与Skoltech和ITMO一起赢得了光子学联合研究项目Clover竞赛，并决定创建一个螺旋区板。ITMO对板的形状和性能进行了设计计算，Skoltech合成了纳米材料并制造了具有预期几何形状的板，MIPT利用俄罗斯科学院普通物理研究所的设施对板进行了实验测试。”

    新板由碳纳米管薄膜制成，能扭曲穿过它的太赫兹光束的波面。在实验中，研究小组将两块板并排放置，然后相对旋转，从而改变了辐射强度的分布，并将光束分成几个不同辐射强度的区域（模式），每个模式都可用作信息传输通道。

    研究小组利用太赫兹成像法对平板的特性进行了实验测试。将一个强大的辐射源对准平板，使用亚波长孔径和基于戈莱单元的二维光栅扫描系统检测电磁场强度的分布。研究人员利用得到的图像来确保平板产生扭曲光束，并检查强度模式。

调制器焦点附近光束强度和相位的空间分布示例

    这种新型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项重要挑战。同时，它也为竞争性研究和创造独创性解决方案打开了大门。凸显碳纳米管前景的关键特征之一是，可以通过原子、超分子和微米级别的响应，创造出具有不同效应微调特性的多功能设备。

    SkoltechPhotonics公司副教授DmitryKrasnikov评论道：“我们的联合团队首次成功引入了一种额外的效应：不同纳米管图案之间的相互作用。这为未来的设备铺平了道路。令人惊讶的是，这项研究从开始的想法到概念验证只用了不到九个月的时间，这是我职业生涯中迄今为止超快的项目之一。如果没有ITMO、MIPT和Skoltech的共同努力，这一突破是不可能实现的。这凸显了种子计划在加强俄罗斯国内研究团队合作方面的潜力。”

    Burdanova补充道：“我们的三叶草项目今年已经延期。我们计划在相同螺旋区板的基础上制造太赫兹自适应变焦设备，但要增强操纵能力。我们还希望为我们已有的设备申请专利。”

    2023年，Skoltech、MIPT和ITMO大学发起了"四叶草计划"，以支持合作研究，促进国内三所顶尖大学在光子学领域的合作。四叶草计划面向刚刚开始科学生涯的学生、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。

    其长期目标是在俄罗斯启动光子学及相关领域的大型项目。Clover竞赛汇聚了生物光子学、先进光子材料、拓扑光子学、光学计算以及激光加工设备物理和技术领域的顶尖研究人员。