Une équipe conjointe de physiciens de Skoltech, MIPT et ITMO a développé un composant optique qui permet de gérer les propriétés d'un faisceau térahertz et de le diviser en plusieurs canaux. Le nouvel appareil peut être utilisé comme modulateur et générateur de faisceaux vortex térahertz en médecine, dans les communications 6G et en microscopie. L'article paraît dans la revue Advanced Optical Materials. .

La technologie térahertz, en évolution rapide, implique la transmission de signaux à environ 1 000 milliards de hertz, ou 1 THz, entre les bandes de fréquences micro-ondes et infrarouge. Il sera utilisé dans les communications 6G à haut débit, ainsi qu’en médecine, comme alternative aux rayons X. Les chercheurs se concentrent actuellement sur la création de composants optiques adaptés à ces fréquences, et de générateurs pouvant être utilisés pour transmettre de tels signaux.

Des physiciens du MIPT et de Skoltech ont développé conjointement une plaque à zone de Fresnel à focale variable basée sur des nanotubes de carbone qui permet de focaliser le rayonnement THz et d'ajuster les propriétés de la plaque par étirement. Dans leur étude récente, les chercheurs se sont associés à l'ITMO pour synthétiser un composant optique fonctionnant dans la gamme THz.

"En collaboration avec Skoltech et ITMO, nous avons remporté le concours Clover pour un projet de recherche commun en photonique et avons décidé de créer une plaque à zone en spirale. ITMO a effectué des calculs de conception pour la forme et le comportement de la plaque, Skoltech a synthétisé des nanomatériaux et a fabriqué une plaque avec les géométrie et le MIPT a testé expérimentalement la plaque en utilisant les installations de l'Institut de physique générale de RAS", a déclaré Maria Burdanova, chercheuse principale au Laboratoire de nanooptique et de plasmonique du MIPT.

Constituée d'un mince film de nanotubes de carbone, la nouvelle plaque tord le front d'onde du faisceau THz qui la traverse. Dans l'expérience, l'équipe a placé deux plaques côte à côte, puis les a fait pivoter l'une par rapport à l'autre, modifiant ainsi la répartition de l'intensité du rayonnement et divisant le faisceau en plusieurs zones (modes) d'intensités de rayonnement différentes, chacune pouvant être utilisée comme source de rayonnement. canal de transfert d'informations.

L'équipe a testé expérimentalement les propriétés de la plaque à l'aide de la méthode d'imagerie THz. Une puissante source de rayonnement a été dirigée vers la plaque et la répartition de l’intensité du champ électromagnétique a été détectée à l’aide d’une ouverture inférieure à la longueur d’onde et d’un système de balayage raster 2D basé sur une cellule de Golay. Les chercheurs ont utilisé l'image résultante pour s'assurer que la plaque produisait un faisceau tordu et pour vérifier le modèle d'intensité.

Le nouveau modulateur convient à une variété d'applications, notamment la microscopie THz et la biomédecine, qui nécessitent la focalisation et le repositionnement du faisceau.

« L'exploitation de la bande THz constitue un défi important en raison de l'absence de normes unifiées en matière d'instruments et de dispositifs. Dans le même temps, cela ouvre la porte à une recherche compétitive et à la création de solutions ingénieuses. Les nanotubes offrent la possibilité de créer des dispositifs multifonctionnels dont les propriétés peuvent être affinées par différents effets grâce à des réponses aux niveaux atomique, supramoléculaire et micronique.

"Pour la première fois, notre équipe commune a réussi à introduire un effet supplémentaire :l'interaction de différents modèles de nanotubes. Cela ouvre la voie à de futurs dispositifs. Étonnamment, la recherche a pris moins de neuf mois entre l'idée originale et la validation de principe. l'un des projets les plus rapides de ma carrière jusqu'à présent.

"Cette percée n'aurait pas été possible sans les efforts concertés de l'ITMO, du MIPT et de Skoltech. Cela souligne le potentiel des programmes de semences pour renforcer la collaboration nationale entre les équipes de recherche russes", a commenté Dmitry Krasnikov, professeur agrégé à Skoltech Photonics.

"Notre projet Clover a été prolongé cette année. Nous prévoyons de fabriquer un dispositif à focale variable adaptative THz basé sur les mêmes plaques à zone en spirale, mais amélioré par des capacités de manipulation. Nous prévoyons également de déposer une demande de brevet pour le dispositif que nous possédons déjà." Burdanova a ajouté.

En 2023, Skoltech, MIPT et l'Université ITMO ont lancé l'initiative Clover pour soutenir la recherche collaborative et promouvoir la coopération entre les trois principales universités du pays dans le domaine de la photonique. En s'adressant aux étudiants, chercheurs et postdoctorants débutant leur carrière scientifique, Clover les engage dans des projets de recherche de pointe et facilite la mobilité entre les meilleures équipes de recherche.

L'objectif à long terme est de lancer des programmes à grande échelle dans le domaine de la photonique et des domaines connexes en Russie. Le concours Clover a réuni les meilleurs chercheurs travaillant dans les domaines de la biophotonique, des matériaux photoniques avancés, de la photonique topologique, de l'informatique optique ainsi que de la physique et de la technologie des lasers.