Investigadores de la Universidad de Tohoku han desarrollado un filtro sintonizable para señales de ondas de terahercios, lo que facilita velocidades de transmisión más altas y una mejor calidad de la señal. Este avance, crucial para el avance de las aplicaciones de terahercios en comunicación, imágenes médicas y análisis industrial, promete desbloquear todo el potencial de las ondas de terahercios en varios campos.
Las ondas electromagnéticas de frecuencia de terahercios son muy prometedoras para los avances en las comunicaciones, así como en las tecnologías de escaneo e imágenes. Sin embargo, aprovechar su potencial está plagado de obstáculos. Un equipo de la Universidad de Tohoku ha logrado un gran avance al crear un nuevo tipo de filtro ajustable específicamente para el espectro de ondas de terahercios. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Letras de Óptica.
Las ondas de terahercios ocupan una región del espectro electromagnético entre las frecuencias de microondas e infrarrojas. Tienen una frecuencia más alta (longitud de onda más corta) que las ondas de radio, pero una frecuencia más baja que la luz visible. El espectro de ondas de radio, cada vez más congestionado, transporta la gran cantidad de datos transmitidos por WiFi, Bluetooth y los actuales sistemas de comunicación de teléfonos móviles.
Concepto esquemático del filtro sintonizable desarrollado. (a) Vista en sección transversal del filtro; (b) relación entre período e índice de refracción; (c) cambio de frecuencia debido al cambio del índice de refracción. Crédito: Ying Huang et al.
La congestión de señales en partes de frecuencias más bajas del espectro electromagnético es un incentivo para explorar opciones en la región de los terahercios. Otra es la capacidad de soportar velocidades de transmisión de datos ultraaltas. Sin embargo, un desafío clave al utilizar señales de terahercios para aplicaciones rutinarias es poder sintonizar y filtrar las señales en frecuencias específicas. Se requiere filtrado para evitar interferencias de señales fuera de la banda de frecuencia deseada.
Avance en el filtrado de terahercios
“Hemos construido y demostrado un filtro de frecuencia sintonizable para ondas de terahercios, que logró una velocidad de transmisión más alta y una mejor calidad de señal que los sistemas convencionales, revelando el potencial de las comunicaciones inalámbricas de terahercios”, dice Yoshiaki Kanamori del equipo de Tohoku. Añade que el trabajo también podría aplicarse más ampliamente fuera de la banda de frecuencia de terahercios.
El metamaterial variable de índice de refracción mecánica. Crédito: Ying Huang et al.
El nuevo filtro de terahercios se basa en un dispositivo llamado interferómetro Fabry-Perot que, como todos los interferómetros, se basa en los patrones de interferencia creados cuando diferentes ondas de radiación electromagnética interactúan entre sí mientras rebotan entre espejos. La versión de los investigadores utiliza como material entre los espejos rejillas finamente estructuradas, con espacios más pequeños que la longitud de onda de las ondas que interactúan. El estiramiento variable de las rejillas permite el control preciso de su índice de refracción necesario para ajustar el efecto de filtrado del interferómetro. Esto permite transmitir sólo la frecuencia deseada. El uso de diferentes rejillas permite controlar diferentes rangos de frecuencia seleccionados.
Ampliación de aplicaciones y ventajas
El equipo ha demostrado la aplicación de su sistema para frecuencias adecuadas para las señales de teléfonos móviles de próxima generación (6G).
La sintonización del índice de refracción y la frecuencia mediante control del período. Crédito: Ying Huang et al.
“Además de la aplicación de nuestro método en sistemas de comunicaciones, también prevemos usos en tecnologías de escaneo e imágenes en medicina e industria”, dice Kanamori.
Una ventaja de las ondas de terahercios en el escaneo y la obtención de imágenes es que pueden penetrar fácilmente materiales, incluidos tejidos biológicos, que bloquean el paso de la luz. Además de las aplicaciones médicas, esto puede ofrecer oportunidades para el análisis de materiales, sistemas de seguridad y control de calidad en la fabricación.
“En general, nuestro trabajo ofrece un método simple y rentable para filtrar y controlar activamente las ondas de terahercios, lo que podría mejorar su uso en muchas aplicaciones”, concluye Kanamori.
Referencia: “Interferómetro sintonizable de Fabry-Perot operado en el rango de terahercios basado en un control efectivo del índice de refracción utilizando rejillas de sublongitud de onda de tono variable” por Ying Huang, Naoki Inomata, Taiyu Okatani, Yoshiaki Kanamori y Yangxun Liu, 14 de febrero de 2024, Optics Letters.
DOI: doi:10.1364/OL.515504
2024-04-14 01:03:00
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