瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）和美國哈佛大學(xué)科學(xué)家合作，研制出一款新型集成芯片，實(shí)現(xiàn)了太赫茲波與光信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志，有助推動(dòng)超高速通信、測(cè)距、高分辨光譜以及超快計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展。
在單芯片上集成光子和太赫茲電路進(jìn)行測(cè)試，產(chǎn)生的太赫茲波由背面的金鏡收集。圖片來源：瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院
太赫茲波與光在頻率范圍和產(chǎn)生機(jī)制上存在顯著差異。太赫茲波指頻率在0.1太赫茲（1012赫茲）至10太赫茲之間的電磁波，在電磁波譜中位于微波（用于WiFi等電信技術(shù)）與紅外線（用于激光器和光纖）之間。光是指電磁波譜中的可見光部分。雖然太赫茲波在6G通信、無損檢測(cè)、醫(yī)療成像等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，但如何讓其與現(xiàn)有光通信技術(shù)無縫銜接，一直是困擾科學(xué)家的難題。
2023年，該研究團(tuán)隊(duì)曾利用超薄鈮酸鋰光子芯片，實(shí)現(xiàn)了激光調(diào)控太赫茲波的突破。如今，他們更進(jìn)一步：新型集成芯片就像為兩種電磁波打造了“雙語翻譯器”，不僅能讓光“說”出太赫茲波，還能把太赫茲波“譯”回光信號(hào)。這種雙向轉(zhuǎn)換能力，標(biāo)志著太赫茲—光融合技術(shù)邁上新臺(tái)階。
該芯片的創(chuàng)新點(diǎn)在于，研究團(tuán)隊(duì)在此前研制出的鈮酸鋰芯片上，精巧設(shè)計(jì)了兩種微米級(jí)結(jié)構(gòu)：形同微型天線的傳輸線負(fù)責(zé)引導(dǎo)太赫茲波；相鄰的光波導(dǎo)則像光纖般約束光波。二者“比鄰而居”，實(shí)現(xiàn)了太赫茲波和光以最小的能量損失相互作用和轉(zhuǎn)換。這種設(shè)計(jì)猶如在芯片上建造了“立體交通網(wǎng)”，讓不同頻段的電磁波各行其道又相互連通。
該芯片可用于開發(fā)太赫茲基雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)誤差測(cè)距。此外，由于“體型”小巧，還可與激光器、光調(diào)制器和探測(cè)器等光子設(shè)備兼容。進(jìn)一步縮小該芯片尺寸后，可無縫集成到自動(dòng)駕駛汽車中使用的下一代通信和測(cè)距系統(tǒng)，也有望在6G高速通信領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
