美國(guó)科學(xué)家研制出首款太赫茲帶通濾波器

 Utah大學(xué)的科學(xué)家們論證了全球首款帶通濾波器，使用一個(gè)未經(jīng)使用的電磁頻譜。工作在太赫茲空隙，中央頻率為每秒1萬(wàn)億周期，科學(xué)家們利用表面等離極化激元(plasmonpolariton)實(shí)現(xiàn)了通信系統(tǒng)所需的三大必要元件之一。 

　　未經(jīng)許可的頻譜區(qū)域是全世界范圍內(nèi)的積極研究領(lǐng)域。它在911之后引起特別注意，因?yàn)樘掌澼椛淠艽┩敢挛?，但不能穿透金屬，使太赫茲掃描儀能輕易認(rèn)出被遮掩的武器。 

　　太赫茲帶通濾波器是光電混合器件，能實(shí)現(xiàn)具有X射線透視的掃描儀和超高速通信系統(tǒng)，但沒(méi)有X射線的破壞性。Utah大學(xué)電氣工程師兼副教授AjayNahata表示：“我們發(fā)現(xiàn)，在穿孔的金屬表面和空氣之間等離極化激元與電磁波耦合作為介電質(zhì)，在特定頻率處進(jìn)行干擾，使準(zhǔn)晶體能在太赫茲頻帶處成為非常高效的帶通濾波器。下一步我們計(jì)劃將研制能象光器件一樣發(fā)射太赫茲輻射的調(diào)制器，但能用電信號(hào)開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)甚高速通信及更安全的掃描儀。” 

    Nahata指出，太赫茲輻射能被廣泛應(yīng)用前仍然有許多技術(shù)障礙需要清除。尤其是，電氣工程師必須得發(fā)明開(kāi)關(guān)并調(diào)制這些令人難以捉摸的波形的方法。其中一些問(wèn)題也解釋了“為什么電磁頻譜的這一區(qū)域從來(lái)沒(méi)有被開(kāi)發(fā)利用”的原因。 

　　Nahata表示，“從我的觀點(diǎn)來(lái)看，最有趣的問(wèn)題是如何研制可調(diào)濾波器，如何研制調(diào)制器和開(kāi)關(guān)，而它們是真正意義上的光電混合器件，而不是其中的一種。” 

　　表面等離極化激元由導(dǎo)體和絕緣體之間的諧振電子集合組成。它們將電子與光子聚合，形成新的物體稱(chēng)為準(zhǔn)微粒。表面等離極化激元已展現(xiàn)出在一定光頻帶內(nèi)增強(qiáng)傳輸?shù)哪芰Γ玌tah的成果是首次作為太赫茲頻帶內(nèi)的帶通濾波器。

　這種偽單器件，以晶體形式穿孔的金屬薄膜，采用與微波爐相同的原理。如同微波爐窗口的穿孔金屬盤(pán)，Nahata的準(zhǔn)晶體也穿孔，透過(guò)毫米波長(zhǎng)的太赫茲輻射。但孔的大小被仔細(xì)選定，以產(chǎn)生可在特定頻率下諧振的表面等離極化激元，使這些頻帶能通過(guò)。 

　　Nahata和他的同事加工了多種多樣的準(zhǔn)晶體拓?fù)?，通過(guò)調(diào)整孔的尺寸從四分之一到二分之一毫米確定了這種太赫茲帶通濾波器的寬度和中心頻率。 

　　除了在通信領(lǐng)域的應(yīng)用，研究人員還著重研究了隱蔽金屬、化學(xué)和生物武器的檢測(cè)。金屬武器可通過(guò)太赫茲類(lèi)似X光的成像方法被檢測(cè)出來(lái)。生物和化學(xué)武器能用可記錄太赫茲頻帶諧振的振蕩光譜儀辨認(rèn)出來(lái)，其類(lèi)型特別針對(duì)一定的化合物。 

　　研究人員還論證了通過(guò)傾斜孔箔(foil)來(lái)調(diào)整中心頻率的能力，以調(diào)節(jié)太赫茲帶通濾波器。研究人員計(jì)劃今后構(gòu)建開(kāi)關(guān)和調(diào)制器，從而實(shí)現(xiàn)未來(lái)太赫茲通信和安全掃描儀所需的所有元器件。該跨學(xué)科研究由美國(guó)軍隊(duì)研究辦公室和Utah大學(xué)Synergy項(xiàng)目出資推動(dòng)。