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美學者發明波導技術填補「兆赫波鴻溝」

上網時間: 2008年05月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:兆赫  terahertz  纜線 

若有能傳遞兆赫(terahertz)頻率電磁輻射(electromagnetic radiation)的纜線,可以傳送1000GHz的訊號`,其速度將是IBM不久前所發表的、世界上最快的微處理器速度之20倍。但直到目前為止,兆赫波鴻溝(terahertz gap)的存在一直使電子電路的頻率無法超越60GHz,即下一代個人寬頻區域網路(WPAN)的頻率。

日前美國猶他大學(University of Utah)的研究人員證明了透過利用微米穿孔線(lines of micron-scale perforations),在不鏽鋼金屬薄片的頂部,建構作用相當於兆赫口徑大小波導線(waveguide),可以突破上述限制。據該大學的電機工程教授Ajay Nahata介紹,該項技術可以用於傳輸、彎曲、分裂和結合0.3THz (300 GHz)的兆赫放射線,並可延伸至10THz。

「這是關於速度的問題;」Nahata表示:「以兆赫速度下載一部電影也許只需要幾秒鐘。」兆赫頻段位於微波頻段和光纖使用的紅外線頻段的間隙。兆赫頻率的電磁訊號既有電信號又有光訊號的特性,需要像波導一樣的結構來傳送,但其外型卻類似於普通電信號所用的導線。

Nahata現在已經驗證了一種配線方法,可以將放射線集中在一個穿孔金屬“線”中,就像用來將有線電視訊號分給兩台電視收看的分配器一樣,這就是未來兆赫電路的基本要素。Nahata估計,在十年內這一成果將引領具有兆赫度的電路,應用在電腦和通訊領域。

「我們已經論證了使用兆赫頻率輻射製造電路的第一步;」Nahata表示,他和同校的電子和電腦工程系之兩名博士生Wenqi Zhu和Amit Agrawal一起完成了這一項工作。

猶他大學的論證設立在英國倫敦帝國理工大學(Imperial College)研究員Stefan Maier的理論成果上。Maier和巴斯大學(University of Bath),西班牙馬德里大學(University of Madrid)和薩拉戈薩大學(University of Zaragoza)的科學家及同事,在今年稍早證明了在金屬和絕緣體(如銅和高分子聚合物)的分界處,電磁表面波所支援的表面電漿體極化聲子(plasmon polaritons)可以引導兆赫頻率的訊號。

Nahata和猶他大學的同事透過在一塊不鏽鋼金屬薄片上,鑽一個50×500微米(microns)的矩形小洞,將鋼作為導體、空氣做為絕緣體,來建構他們的波導和訊號分配器。波導大約1吋長,金屬薄片大約625微米厚。研究人員表示,經過驗證,這個凹槽能夠使0.3THz的射線集中到波導,射線將穿入金屬薄片表面1.7mm深處,然後只在水平方向沿著穿孔的模型延伸大約2mm左右。

該穿孔模型由兩根分開大約1公分的兆赫線開始,組成一個像“X”最左邊一樣的角,但沒有交叉,而是沿著兩邊各自延伸,然後再組成一個像“X”最右邊一樣的角。因為兩條線各自向兩邊延伸,訊號在波導每一邊的2mm的擴伸都將會和兩根線耦合,所以在最右邊出來的兩根線都將攜帶50%的合成訊號。

為了測試這個波導,一個金屬薄片上的半圓刻痕將0.3THz寬頻輻射集中在最左邊的其中一條線。經過在中間部份耦合後,第二根線將遠離第一根不超過50微米左右,分配器右邊分支出來的兩根線的訊號將各自攜帶50%的能量。

「我們所做的工作就是為了做出這些線,」Nahata表示:「現在問題是,我們如何研製支援兆赫頻率的元件?」其研究團隊的報告已經刊登在4月18日出刊的免費電子報《Optics Express.》中。

(參考原文: Waveguides bridge 'terahertz gap')

(R. Colin Johnson)





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