今天和明天的太赫兹微腔谐振器

2020年12月14日

关键的外卖

微波光子学电路元素需要类似于他们的射频模拟提供所需的功能。
这些类似电路元素之一就是太赫兹微波谐振腔,可集成到集成电路与标准CMOS工艺。
这是许多电路元素之一,可以放置在一个集成电路和用于使独特的应用程序。

光纤电缆,最终可用于与太赫兹通信微腔谐振器

这些纤维很快就会融入半导体晶片等元素与独特的交流电路微波行太赫兹微腔谐振器。

微波组件有更多比最终在你的微波炉。太赫兹波源、探测器和组件尚未小型化、和的太赫兹部分微波频谱在很大程度上仍是未知的。到目前为止,最好的我们能做的就是进入高GHz(低太赫兹)振荡区域,检测和操纵。这个地区是至关重要的对于许多应用程序,包括量子计算、成像、遥感、和超快的交流。

一个基本的组件是太赫兹微腔谐振器。这些组件光电平台的一部分,他们在PCB射频谐振器扮演类似的角色。这些谐振器的简单几何也允许将他们放置在芯片与其他光子结构。如果你是一个初露头角的光学工程师,继续阅读,了解更多关于这些谐振器结构和如何扮演一个角色在当前和即将到来的光学系统。

太赫兹微腔谐振器是什么?

就像任何其他的谐振器,太赫兹微腔谐振器的基频是在太赫兹地区。在波长方面,1太赫兹波在空气中只有300微米波长的,这是相当大的相比,今天的晶体管。这些结构提供了相同的功能;他们允许一波匹配的基本频率或一个谐波激励高品质因数共振,即一个驻波可以形成空腔。

就像波在波导,字符串或驻波在一个学将有很高的强度由于建设性干涉腔内。很强,非常连贯的电磁波在这种结构可以用于其他应用程序。使用这些结构的挑战是波生成和检测,这两个需要解决的太赫兹微腔谐振器在芯片级是有用的。

几何和学

下图显示了一个简单的矩形的太赫兹光谱微腔谐振器及其离散本征频率。学可以通过调整几何调到所需的值,就像任何其他谐振器。下面的方程适用于一个封闭的矩形腔和提供了一个良好的第一近似值稍微损耗腔(即。,高介电常数对比边缘)。

矩形太赫兹微腔谐振器几何和学的公式

矩形太赫兹微腔谐振器几何和学的。

尽管一个矩形几何图形所示,可以用于不同的应用程序更复杂的结构。在不同的结构(如圆形、半球形或圆柱形)以开放的边缘,学的可能不遵守这样一个简单的方程。相反,他们可能决定从色散关系是一个超越方程,这就需要一个数值技术提取特定的频率。这是一个著名的程序求解Sturm-Liouville波导和谐振器的问题。

如果你有更复杂的结构,不能近似为一个简单的形状,各种学和电磁场的空间分布可以确定使用3 d领域解算器(FDFD技术)。场解算器通常用于IC包还可以用于建模太赫兹微腔谐振器。

应用程序

应用太赫兹微腔谐振器仍在研究,不同的应用程序所需的设备架构。一些提出的应用太赫兹微腔谐振器包括:

传感和成像:高品质因数太赫兹微腔谐振器可用于高度相干成像和遥感应用分子检测和生物成像。
硅光子学:虽然这个应用领域通常是SMF的角度讨论或MMF波长,设备在这方面还可以工作在太赫兹频率和需要太赫兹微腔谐振器作为过滤器和放大器。
交流:目前,世界纪录最高数据率传输无线系统属于一个实验操作在太赫兹频段。这些系统小型化的芯片级需要微腔结构,包括太赫兹微腔谐振器。

这些结构是他们提供的重要的进步可以发生在一个集成电路。今天,这些应用程序还包括大型光学系统,红外飞秒孤子激光器模式梳子是用来产生太赫兹波通过干扰。同样,大型系统也用于太赫兹波的探测和操纵。太赫兹微腔谐振器是一个类的组件,可以提供高品质因数或低q接待太赫兹的频率,然后可以通过探测器元素或其他光子电路。