Hochleistung fast ohne Energieverlust
Diese bidirektionale Umwandlung auf einer einzigen miniaturisierten Plattform ist ein wesentlicher Schritt zur Entwicklung kompakter, energieeffizienter Geräte für Kommunikation, Sensorik, Spektroskopie und Datenverarbeitung. Das Design des Teams basiert darauf, mikrometergroße Strukturen, sogenannte Übertragungsleitungen, in einen Photonik-Chip aus Lithiumniobat einzubetten. Diese Leitungen fungieren wie Funkkabel im Chipmaßstab und leiten die THz-Wellen entlang des Chips. Durch die Anordnung einer zweiten Struktur in der Nähe, die Lichtwellen leitet, erreichten die Wissenschaftler die Hochleistungs-Wechselwirkung und -Umwandlung zwischen den beiden mit minimalem Energieverlust.
"Wir gehen davon aus, dass das von uns realisierte Design in künftigen Terahertz-Anwendungen wie dem Mobilfunk der Zukunft (6G, sechste Generation Mobilfunk), bei Sensorik und Entfernungsmessung etwa in autonom fahrenden Autos ein wesentlicher Bestandteil des Kommunikationsnetzwerks sein wird", so Benea-Chelmus. Ihr Doktorand Yazan Lampert ergänzt: "Dank unseres miniaturisierten Schaltungsdesigns können wir sowohl optische als auch THz-Impulse auf derselben Plattform steuern. Unser Ansatz kombiniert photonische Schaltungen und THz-Schaltungen auf einem einzigen Gerät mit einer beispiellosen Bandbreite."
Entfernungsmessung millimetergenau
Die von dem Hybridgerät erzeugten breitbandigen THz-Signale können zum Beispiel zur Entwicklung eines Terahertz-basierten Radars verwendet werden, bei dem extrem kurze Pulse zur Messung der Entfernung von Objekten mit einer Genauigkeit von einem Millimeter eingesetzt werden. Dank seines kompakten und energieeffizienten Designs ist der Chip auch mit bestehenden photonischen Technologien wie Lasern, Lichtmodulatoren und Detektoren kompatibel. Die Forschungsergebnisse vor Kurzem in "Nature Communications" publiziert. (pte)