Pẹ̀lú bí àwọn ẹ̀rọ aláilọ́wọ́ ṣe ń gbajúmọ̀ sí i, àwọn iṣẹ́ dátà ti wọ inú àkókò tuntun ti ìdàgbàsókè kíákíá, tí a tún mọ̀ sí ìdàgbàsókè kíákíá ti àwọn iṣẹ́ dátà. Lọ́wọ́lọ́wọ́, ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun èlò ló ń yí padà díẹ̀díẹ̀ láti inú àwọn kọ̀ǹpútà sí àwọn ẹ̀rọ aláilọ́wọ́ bíi àwọn fóònù alágbéká tí ó rọrùn láti gbé àti ṣiṣẹ́ ní àkókò gidi, ṣùgbọ́n ipò yìí tún ti yọrí sí ìbísí kíákíá nínú ìrìnnà dátà àti àìtó àwọn ohun èlò bandwidth. Gẹ́gẹ́ bí àwọn ìṣirò, ìwọ̀n dátà lórí ọjà lè dé Gbps tàbí Tbps pàápàá láàárín ọdún 10 sí 15 tó ń bọ̀. Lọ́wọ́lọ́wọ́, ìbánisọ̀rọ̀ THZ ti dé ìwọ̀n dátà Gbps, nígbà tí ìwọ̀n dátà Tbps ṣì wà ní ìpele ìbẹ̀rẹ̀ ìdàgbàsókè. Ìwé kan tó jọra ṣàkọsílẹ̀ ìlọsíwájú tuntun nínú àwọn ìwọ̀n dátà Gbps tí ó da lórí iye THZ ó sì sọtẹ́lẹ̀ pé a lè rí Tbps gbà nípasẹ̀ ìlọ́po polarization. Nítorí náà, láti mú ìwọ̀n gbígba dátà pọ̀ sí i, ojútùú tó ṣeé ṣe ni láti ṣe àgbékalẹ̀ iye frequency tuntun, èyí tí í ṣe terahertz band, èyí tí ó wà ní "agbègbè òfo" láàárín àwọn máìkrówéfù àti ìmọ́lẹ̀ infurarẹẹdi. Níbi ìpàdé ìbánisọ̀rọ̀ rédíò ayélujára ti ITU (WRC-19) ní ọdún 2019, a ti lo ìwọ̀n ìgbàlódé ti 275-450GHz fún àwọn iṣẹ́ fóònù alágbékalẹ̀ àti ti ilẹ̀. A lè rí i pé àwọn ètò ìbánisọ̀rọ̀ aláìlókùn tí terahertz ti fa àfiyèsí ọ̀pọ̀ àwọn olùwádìí.
Àwọn ìgbì onínámọ́ra Terahertz ni a sábà máa ń pè ní ìpele ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ ti 0.1-10THz (1THz=1012Hz) pẹ̀lú ìgbì ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ ti 0.03-3 mm. Gẹ́gẹ́ bí ìlànà IEEE, a túmọ̀ àwọn ìgbì ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ terahertz sí 0.3-10THz. Àwòrán 1 fihàn pé ìpele ìgbóhùnsáfẹ́fẹ́ terahertz wà láàárín àwọn máìkrówéfù àti ìmọ́lẹ̀ infurarẹ́ẹ̀tì.
Àwòrán 1 Àwòrán onípele ti THZ frequency band.
Ìdàgbàsókè àwọn Antenna Terahertz
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ìwádìí terahertz bẹ̀rẹ̀ ní ọ̀rúndún kọkàndínlógún, wọn kò kẹ́kọ̀ọ́ rẹ̀ gẹ́gẹ́ bí ẹ̀ka òmìnira ní àkókò náà. Ìwádìí lórí ìtànṣán terahertz dá lórí ìlà infrared jíjìn. Kò pẹ́ títí di àárín ọ̀rúndún ogún kí àwọn olùwádìí tó bẹ̀rẹ̀ sí í ṣe ìwádìí ìgbì millimeter sí ẹgbẹ́ terahertz kí wọ́n sì ṣe ìwádìí ìmọ̀-ẹ̀rọ terahertz pàtàkì.
Ní àwọn ọdún 1980, ìfarahàn àwọn orísun ìtànṣán terahertz mú kí lílo àwọn ìgbì terahertz nínú àwọn ètò ìṣeéṣe ṣeéṣe. Láti ọ̀rúndún kọkànlélógún, ìmọ̀ ẹ̀rọ ìbánisọ̀rọ̀ aláìlókùn ti gbilẹ̀ kíákíá, ìbéèrè àwọn ènìyàn fún ìwífún àti ìbísí nínú àwọn ẹ̀rọ ìbánisọ̀rọ̀ ti gbé àwọn ìbéèrè tó le koko síwájú lórí ìwọ̀n ìgbéjáde data ìbánisọ̀rọ̀. Nítorí náà, ọ̀kan lára àwọn ìpèníjà ti ìmọ̀ ẹ̀rọ ìbánisọ̀rọ̀ ọjọ́ iwájú ni láti ṣiṣẹ́ ní ìwọ̀n data gíga ti gigabits fún ìṣẹ́jú-àáyá kan ní ibi kan. Lábẹ́ ìdàgbàsókè ọrọ̀ ajé lọ́wọ́lọ́wọ́, àwọn ohun èlò spectrum ti di ohun tí ó ṣọ̀wọ́n síi. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn ohun tí ènìyàn nílò fún agbára ìbánisọ̀rọ̀ àti iyàrá kò lópin. Fún ìṣòro ìdènà spectrum, ọ̀pọ̀ ilé-iṣẹ́ lo ìmọ̀ ẹ̀rọ multiple-input multiple-output (MIMO) láti mú kí iṣẹ́ spectrum àti agbára ètò sunwọ̀n síi nípasẹ̀ ìlọ́po méjì. Pẹ̀lú ìlọsíwájú àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì 5G, iyàrá ìsopọ̀ data ti olùlò kọ̀ọ̀kan yóò kọjá Gbps, àti pé ìrìnà data ti àwọn ibùdó ìpìlẹ̀ yóò pọ̀ sí i ní pàtàkì. Fún àwọn ètò ìbánisọ̀rọ̀ ìgbì millimeter ìbílẹ̀, àwọn ìjápọ̀ microwave kò ní lè ṣe àkóso àwọn ìṣàn data ńlá wọ̀nyí. Ni afikun, nitori ipa ti ila oju, ijinna gbigbe ti ibaraẹnisọrọ infrared kuru ati ipo ti awọn ẹrọ ibaraẹnisọrọ rẹ wa ni a ṣeto. Nitorinaa, awọn igbi THZ, ti o wa laarin awọn maikirowefu ati infrared, ni a le lo lati kọ awọn eto ibaraẹnisọrọ iyara giga ati mu awọn oṣuwọn gbigbe data pọ si nipa lilo awọn ọna asopọ THZ.
Àwọn ìgbì Terahertz lè pèsè ìpele ìbánisọ̀rọ̀ tó gbòòrò, àti pé ìwọ̀n ìgbà tí ó wà ní ìpele ìpele ìbánisọ̀rọ̀ jẹ́ nǹkan bí ìgbà ẹgbẹ̀rún (1000) ju ti ìbánisọ̀rọ̀ alágbèéká lọ. Nítorí náà, lílo THZ láti kọ́ àwọn ètò ìbánisọ̀rọ̀ aláìlọ́wọ́ gíga jẹ́ ojútùú tó dájú sí ìpèníjà àwọn ìwọ̀n ìpele dátà gíga, èyí tí ó ti fa ìfẹ́ àwọn ẹgbẹ́ ìwádìí àti àwọn ilé iṣẹ́. Ní oṣù kẹsàn-án ọdún 2017, a tú ìwọ̀n ìbánisọ̀rọ̀ aláìlọ́wọ́ THZ àkọ́kọ́ IEEE 802.15.3d-2017 jáde, èyí tí ó túmọ̀ sí ìyípadà dátà ojú-sí-ojuami ní ìwọ̀n ìgbà ìgbà tí ó kéré sí THZ ti 252-325 GHz. Apá ti ara mìíràn (PHY) ti ìjápọ̀ náà lè ṣe àṣeyọrí àwọn ìwọ̀n dátà tó tó 100 Gbps ní onírúurú bandiwidi.
A dá ètò ìbánisọ̀rọ̀ THZ àkọ́kọ́ tó yọrí sí rere ti 0.12 THZ sílẹ̀ ní ọdún 2004, a sì ṣe ètò ìbánisọ̀rọ̀ THZ ti 0.3 THZ ní ọdún 2013. Táblì 1 ṣàkójọ ìlọsíwájú ìwádìí ti àwọn ètò ìbánisọ̀rọ̀ terahertz ní Japan láti ọdún 2004 sí 2013.
Táblì 1 Ìlọsíwájú ìwádìí ti àwọn ètò ìbánisọ̀rọ̀ terahertz ní Japan láti ọdún 2004 sí 2013
Nippon Telegraph àti Telephone Corporation (NTT) ṣàlàyé ìṣètò eriali ti ètò ìbánisọ̀rọ̀ kan tí a ṣe ní ọdún 2004 ní ọdún 2005. Wọ́n ṣe àgbékalẹ̀ ìṣètò eriali náà ní àwọn ọ̀ràn méjì, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 2.
Àwòrán 2 Àwòrán onípele ti ètò ìbánisọ̀rọ̀ alailowaya NTT 120 GHz ti Japan
Ètò náà ṣepọ ìyípadà fọ́tò-ina àti antenna, ó sì gba àwọn ipò iṣẹ́ méjì:
1. Nínú àyíká inú ilé tí ó súnmọ́, ẹ̀rọ amúṣẹ́jáde eriali tí a lò nínú ilé ní ìrísí photodiode (UTC-PD) oníṣẹ́-kan, antenna slot planar àti lẹ́ńsì silicon, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 2(a).
2. Ní àyíká ìta gbangba tí ó jìnnà síta, láti lè mú kí ipa pípadánù ìgbésẹ̀ ńlá àti ìfàmọ́ra díẹ̀ ti ohun tí ń ríran náà sunwọ̀n síi, eriali olùgbéjáde gbọ́dọ̀ ní èrè gíga. Antenna terahertz tí ó wà tẹ́lẹ̀ ń lo lẹ́ńsì optical Gaussian pẹ̀lú èrè tí ó ju 50 dBi lọ. A fi ìwo oúnjẹ àti àpapọ̀ lẹ́ńsì dielectric hàn ní Àwòrán 2(b).
Ní àfikún sí ṣíṣe ètò ìbánisọ̀rọ̀ 0.12 THZ, NTT tún ṣe ètò ìbánisọ̀rọ̀ 0.3THz ní ọdún 2012. Nípasẹ̀ ìṣelọ́pọ́ déédéé, ìwọ̀n ìgbéjáde lè ga tó 100Gbps. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe lè rí i láti inú Táblì 1, ó ti ṣe àfikún ńlá sí ìdàgbàsókè ìbánisọ̀rọ̀ terahertz. Síbẹ̀síbẹ̀, iṣẹ́ ìwádìí lọ́wọ́lọ́wọ́ ní àwọn àléébù ti ìṣiṣẹ́ iṣiṣẹ́ kékeré, ìwọ̀n ńlá àti owó gíga.
Pupọ julọ awọn eriali terahertz ti a nlo lọwọlọwọ ni a ṣe atunṣe lati inu awọn eriali igbi millimeter, ati pe ko si imotuntun ninu awọn eriali terahertz. Nitorinaa, lati le mu iṣẹ ṣiṣe ti awọn eto ibaraẹnisọrọ terahertz dara si, iṣẹ pataki kan ni lati mu awọn eriali terahertz dara si. Tabili 2 ṣe atokọ ilọsiwaju iwadii ti ibaraẹnisọrọ THZ ti Jamani. Aworan 3 (a) fihan eto ibaraẹnisọrọ alailowaya THZ aṣoju kan ti o darapọ mọ awọn photonics ati awọn ẹrọ itanna. Aworan 3 (b) fihan ipo idanwo oju eefin afẹfẹ. Ni ibamu pẹlu ipo iwadii lọwọlọwọ ni Germany, iwadii ati idagbasoke rẹ tun ni awọn alailanfani bii igbohunsafẹfẹ iṣiṣẹ kekere, idiyele giga ati ṣiṣe daradara kekere.
Táblì 2 Ìlọsíwájú ìwádìí ti ìbánisọ̀rọ̀ THZ ní Germany
Àwòrán 3 Ibi ìdánwò ihò afẹ́fẹ́
Ile-iṣẹ ICT CSIRO tun ti bẹrẹ iwadii lori awọn eto ibaraẹnisọrọ alailowaya inu ile THZ. Ile-iṣẹ naa ṣe iwadi ibatan laarin ọdun ati igbohunsafẹfẹ ibaraẹnisọrọ, gẹgẹ bi a ti fihan ni Aworan 4. Gẹgẹbi a ti le rii lati Aworan 4, ni ọdun 2020, iwadii lori ibaraẹnisọrọ alailowaya maa n waye si ẹgbẹ THZ. Igbohunsafẹfẹ ibaraẹnisọrọ ti o pọ julọ ti o nlo igbohunsafẹfẹ redio n pọ si ni igba mẹwa ni gbogbo ogun ọdun. Ile-iṣẹ naa ti ṣe awọn iṣeduro lori awọn ibeere fun awọn eriali THZ ati awọn eriali ibile ti a dabaa gẹgẹbi awọn iwo ati awọn lẹnsi fun awọn eto ibaraẹnisọrọ THZ. Gẹgẹbi a ti fihan ni Aworan 5, awọn eriali iwo meji n ṣiṣẹ ni 0.84THz ati 1.7THz lẹsẹsẹ, pẹlu eto ti o rọrun ati iṣẹ itanna Gaussian ti o dara.
Àwòrán 4 Ìbáṣepọ̀ láàárín ọdún àti ìgbàkúgbà
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
Àwòrán 5. Irú méjì ti àwọn eriali ìwo.
Orílẹ̀-èdè Amẹ́ríkà ti ṣe ìwádìí tó jinlẹ̀ lórí ìtújáde àti wíwá àwọn ìgbì omi terahertz. Àwọn ilé ìwádìí terahertz tó lókìkí ni Jet Propulsion Laboratory (JPL), Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), US National Laboratory (LLNL), National Aeronautics and Space Administration (NASA), National Science Foundation (NSF), àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. A ti ṣe àwọn eriali terahertz tuntun fún àwọn ohun èlò terahertz, bíi bowtie antenas àti frequency beam steering antenas. Gẹ́gẹ́ bí ìdàgbàsókè àwọn antena terahertz, a lè rí àwọn èrò ìpìlẹ̀ mẹ́ta fún àwọn antena terahertz lọ́wọ́lọ́wọ́, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 6.
Àwòrán 6 Àwọn èrò ìpìlẹ̀ mẹ́ta fún àwọn antenna terahertz
Àtúpalẹ̀ tí a gbé kalẹ̀ yìí fihàn pé bó tilẹ̀ jẹ́ pé ọ̀pọ̀ orílẹ̀-èdè ti fi àfiyèsí tó ga sí àwọn antenna terahertz, ó ṣì wà ní ìpele ìwádìí àti ìdàgbàsókè àkọ́kọ́. Nítorí àdánù ìdàgbàsókè gíga àti ìfàmọ́ra molikula, àwọn antenna THZ sábà máa ń ní ààlà nípa ijinna gbigbe àti ìbòrí. Àwọn ìwádìí kan dojúkọ àwọn ìgbòkègbodò iṣiṣẹ́ tí ó kéré síi nínú THZ band. Ìwádìí antenna terahertz tí ó wà tẹ́lẹ̀ dá lórí mímú kí èrè pọ̀ sí i nípa lílo àwọn antenna lẹnsi dielectric, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ, àti mímú kí ìbánisọ̀rọ̀ sunwọ̀n síi nípa lílo àwọn algoridimu tí ó yẹ. Ní àfikún, bí a ṣe lè mú kí ìbòrí antenna terahertz sunwọ̀n síi tún jẹ́ ọ̀ràn pàtàkì kan.
Àwọn eriali THZ gbogbogbo
Oríṣiríṣi àwọn eriali THZ ló wà: àwọn eriali dipole pẹ̀lú àwọn ihò onígun, àwọn ìlà ìṣàfihàn igun, àwọn dipoles bowtie, àwọn eriali planar lẹnsi dielectric, àwọn eriali photoconductive fún ṣíṣe àwọn orísun ìtànṣán THZ, àwọn eriali ìwo, àwọn eriali THZ tí a gbé ka orí àwọn ohun èlò graphene, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. Gẹ́gẹ́ bí àwọn ohun èlò tí a lò láti ṣe àwọn eriali THZ, a lè pín wọn sí àwọn eriali irin (ní pàtàkì àwọn eriali ìwo), àwọn eriali dielectric (àwọn eriali lẹnsi), àti àwọn eriali ohun èlò tuntun. Apá yìí kọ́kọ́ fúnni ní ìṣàyẹ̀wò àkọ́kọ́ ti àwọn eriali wọ̀nyí, lẹ́yìn náà ní apá tó tẹ̀lé e, a ṣe àgbékalẹ̀ àwọn eriali THZ márùn-ún tí ó wọ́pọ̀ ní kíkún àti ṣe àtúpalẹ̀ wọn ní jíjinlẹ̀.
1. Àwọn eriali irin
Antenna ìwo jẹ́ eriali irin tí a ṣe láti ṣiṣẹ́ nínú ìpele THZ. Antenna ti olugba igbi millimeter atijọ jẹ́ ìwo conical. Àwọn antenna onígun méjì àti onípele méjì ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ àǹfààní, títí bí àwọn àpẹẹrẹ ìtànṣán oníyípo tí ó dọ́gba, èrè gíga ti 20 sí 30 dBi àti ìpele ìkọjá-ìpínkiri kékeré ti -30 dB, àti ìṣiṣẹ́ ìsopọ̀ ti 97% sí 98%. Àwọn bandwidth tí ó wà fún àwọn antenna ìwo méjì jẹ́ 30%-40% àti 6%-8%, ní ìtẹ̀léra.
Nítorí pé ìgbì terahertz ga gan-an, ìwọ̀n eriali ìwo kékeré gan-an, èyí tó mú kí ìṣiṣẹ́ ìwo náà ṣòro gan-an, pàápàá jùlọ nínú ṣíṣe àwọn ohun èlò antenna, àti pé ìṣòro ìmọ̀ ẹ̀rọ ìṣiṣẹ́ náà ń fa owó púpọ̀ àti ìṣẹ̀dá díẹ̀. Nítorí ìṣòro nínú ṣíṣe ìsàlẹ̀ ìwo tó díjú, a sábà máa ń lo eriali ìwo tó rọrùn ní ìrísí ìwo conical tàbí conical, èyí tó lè dín iye owó àti ìṣòro iṣẹ́ kù, a sì lè ṣe ìtọ́jú ìtànṣán eriali náà dáadáa.
Eriali irin miiran ni eriali irin ti a fi n rin irin kiri, eyiti o ni eriali igbi irin-ajo ti a so mọ fiimu dielectric 1.2 micron ti a si so mọ inu iho gigun ti a fi si ori wafer silicon, gẹgẹ bi a ti fihan ni Aworan 7. Eriali yii jẹ eto ṣiṣi ti o baamu pẹlu awọn diodes Schottky. Nitori eto rẹ ti o rọrun ati awọn ibeere iṣelọpọ kekere, o le ṣee lo ni gbogbo igba ni awọn ẹgbẹ igbohunsafẹfẹ ti o ju 0.6 THz lọ. Sibẹsibẹ, ipele ẹgbẹ ati ipele polarization ti eriali naa ga, o ṣee ṣe nitori eto ṣiṣi rẹ. Nitorinaa, ṣiṣe asopọ rẹ kere pupọ (nipa 50%).
Àwòrán 7 Eriali pyramidal ìgbì tí ń rìn kiri
2. Eriali Dielectric
Antenna dielectric jẹ́ àpapọ̀ substrate dielectric àti radiator eriali kan. Nípasẹ̀ ìṣelọ́pọ́ tó dára, antenna dielectric lè ṣe àṣeyọrí ìbáramu impedance pẹ̀lú detector, ó sì ní àwọn àǹfààní ti ilana tó rọrùn, ìṣọ̀kan tó rọrùn, àti owó tó rọrùn. Ní àwọn ọdún àìpẹ́ yìí, àwọn olùwádìí ti ṣe àgbékalẹ̀ ọ̀pọ̀lọpọ̀ antenna tó ní ìlà tóóró àti broadband tí ó lè bá àwọn detector low-impedance ti terahertz dielectric detector mu: antenna labalábá, antenna onípele méjì U, antenna log-periodic, àti antenna sinusoidal log-periodic museum, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 8. Ní àfikún, a lè ṣe àwòrán geometries antenna tó díjú síi nípasẹ̀ àwọn algoridimu ìbílẹ̀.
Àwòrán 8. Irú mẹ́rin ti àwọn eriali planar.
Sibẹsibẹ, niwọn igba ti eriali dielectric ti wa ni idapo pelu substrate dielectric kan, ipa igbi oju ilẹ yoo waye nigbati igbohunsafẹfẹ ba n lọ si band THZ. Ailafani apaniyan yii yoo fa ki eriali naa padanu agbara pupọ lakoko iṣẹ ati ja si idinku pataki ninu ṣiṣe itanna eriali. Gẹgẹbi a ti fihan ni Aworan 9, nigbati igun itankalẹ eriali ba tobi ju igun gige lọ, agbara rẹ wa ni opin si substrate dielectric ati pe a so pọ mọ ipo substrate naa.
Àwòrán 9 Ipa ìgbì ojú erín
Bí sisanra substrate náà ṣe ń pọ̀ sí i, iye àwọn modes gíga-gíga ń pọ̀ sí i, àti ìsopọ̀ láàárín eriali àti substrate náà ń pọ̀ sí i, èyí tí ó ń yọrí sí pípadánù agbára. Láti lè dín ipa ìgbì ojú ilẹ̀ kù, àwọn ètò ìṣàtúnṣe mẹ́ta ló wà:
1) Fi lẹnsi kan sori eriali naa lati mu ere naa pọ si nipa lilo awọn abuda ti o n ṣe afihan awọn igbi itanna.
2) Dín sisanra ti substrate naa ku lati dẹkun iranjade awọn ipo giga ti awọn igbi elektromagnikasonu.
3) Rọpo ohun elo dielectric substrate pẹlu aaye itanna elektroloji (EBG). Awọn abuda sisẹ aaye ti EBG le dinku awọn ipo aṣẹ giga.
3. Àwọn eriali ohun èlò tuntun
Ní àfikún sí àwọn eriali méjì tí a mẹ́nu kàn lókè yìí, eriali terahertz kan tún wà tí a fi àwọn ohun èlò tuntun ṣe. Fún àpẹẹrẹ, ní ọdún 2006, Jin Hao àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ dámọ̀ràn eriali dipole erogba kan. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 10 (a), dipole ni a fi erogba nanotube ṣe dípò àwọn ohun èlò irin. Ó ṣe àyẹ̀wò àwọn ohun-ìní infrared àti optical ti eriali dipole erogba kan, ó sì jíròrò àwọn ànímọ́ gbogbogbò ti eriali dipole erogba kan ti o ni opin, gẹ́gẹ́ bí impedance input, current distribution, gain, effectiveness àti àpẹẹrẹ ìtànṣán. Àwòrán 10 (b) fi ìbáṣepọ̀ láàrín impedance input àti frequency ti eriali dipole erogba kan hàn. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe lè rí i nínú Àwòrán 10(b), apá ìrònú ti impedance input ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ odo ní àwọn frequency gíga. Èyí fihàn pé eriali náà lè ṣe àṣeyọrí ọ̀pọ̀lọpọ̀ resonances ní àwọn frequency ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀. Dájúdájú, eriali nanotube erogba náà ń fi resonance hàn láàrín frequency kan (àwọn frequency THz tí ó kéré síi), ṣùgbọ́n kò lè ṣe resonate níta rékọjá ...
Àwòrán 10 (a) Erénáà dípọ́lì èéfín ...
Ní ọdún 2012, Samir F. Mahmoud àti Ayed R. AlAjmi dábàá ètò eriali terahertz tuntun kan tí a gbé ka orí erogba nanotubes, èyí tí ó ní ìdìpọ̀ àwọn nanotubes erogba tí a fi àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ dielectric méjì wé. Fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ dielectric inú jẹ́ fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ dielectric, àti fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ dielectric òde jẹ́ fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ metamaterial. Ìṣètò pàtó náà ni a fihàn ní Àwòrán 11. Nípasẹ̀ ìdánwò, a ti mú iṣẹ́ ìtànṣán ti eriali náà sunwọ̀n síi ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn nanotubes erogba olódi kan.
Àwòrán 11 Eriali terahertz tuntun tí a gbé ka orí erogba nanotubes
Àwọn eriali terahertz tuntun tí a dábàá lókè yìí jẹ́ oníwọ̀n mẹ́ta. Láti mú kí ìwọ̀n eriali náà sunwọ̀n síi àti láti ṣe àwọn eriali conformal, àwọn eriali graphene planar ti gba àfiyèsí gbogbogbò. Graphene ní àwọn ànímọ́ ìṣàkóso onígbà díẹ̀díẹ̀ tó dára, ó sì lè ṣe plasma ojú ilẹ̀ nípa ṣíṣe àtúnṣe foliteji bías. Plasma ojú ilẹ̀ wà lórí ìbáṣepọ̀ láàárín àwọn substrates dielectric constant rere (bíi Si, SiO2, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ) àti àwọn substrates dielectric negative (bíi àwọn irin iyebíye, graphene, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ). Ọ̀pọ̀lọpọ̀ "electrons free" ló wà nínú àwọn conductors bíi àwọn irin iyebíye àti graphene. Àwọn electrons free wọ̀nyí ni a tún ń pè ní plasmas. Nítorí pápá agbára tí ó wà nínú conductor, àwọn plasma wọ̀nyí wà ní ipò tí ó dúró ṣinṣin, ayé òde kò sì ní yọ wọ́n lẹ́nu. Nígbà tí agbára ìgbì electromagnetic tí ó ṣẹlẹ̀ bá so pọ̀ mọ́ àwọn plasma wọ̀nyí, àwọn plasma yóò yà kúrò ní ipò tí ó dúró ṣinṣin, wọn yóò sì mì tìtì. Lẹ́yìn ìyípadà náà, mode electromagnetic yóò ṣẹ̀dá ìgbì magnetic transverse ní ìsopọ̀ náà. Gẹ́gẹ́ bí àpèjúwe ìbáṣepọ̀ ìtúpalẹ̀ ti plasma ojú irin nípasẹ̀ àpẹẹrẹ Drude, àwọn irin kò lè so pọ̀ nípa ti ara pẹ̀lú àwọn ìgbì electromagnetic ní ààyè ọ̀fẹ́ kí wọ́n sì yí agbára padà. Ó ṣe pàtàkì láti lo àwọn ohun èlò mìíràn láti ru ìgbì omi plasma ojú ilẹ̀ sókè. Àwọn ìgbì omi plasma ojú ilẹ̀ máa ń bàjẹ́ kíákíá ní ìtọ́sọ́nà tí ó jọra ti ìsopọ̀ irin-substrate. Nígbà tí olùdarí irin bá ń lọ sí ìtọ́sọ́nà tí ó dúró ní ìpele tí ó dúró ní ìpele kan náà sí ojú ilẹ̀, ipa awọ ara kan máa ń wáyé. Dájúdájú, nítorí ìwọ̀n kékeré ti eriali náà, ipa awọ ara kan wà nínú ìpele ìpele gíga, èyí tí ó máa ń mú kí iṣẹ́ eriali náà dínkù kíákíá tí kò sì lè bá àwọn ohun tí antenna terahertz nílò mu. Plasmon ojú ilẹ̀ ti graphene kì í ṣe pé ó ní agbára ìdènà gíga àti pípadánù díẹ̀ nìkan ni, ṣùgbọ́n ó tún ń ṣe àtìlẹ́yìn fún ṣíṣe àtúnṣe iná mànàmáná tí ń bá a lọ. Ní àfikún, graphene ní ìṣàn agbára tí ó díjú nínú ìpele terahertz. Nítorí náà, ìfàsẹ́yìn ìgbì díẹ̀ ní í ṣe pẹ̀lú ipò plasma ní àwọn ìpele terahertz. Àwọn ànímọ́ wọ̀nyí fi hàn ní kíkún pé graphene lè rọ́pò àwọn ohun èlò irin nínú ìpele terahertz.
Ní ìbámu pẹ̀lú ìhùwàsí ìfọ́mọ́ra ti àwọn plasmons ojú graphene, Àwòrán 12 fi irú eriali ìlà tuntun hàn, ó sì dámọ̀ràn ìrísí ìfọ́mọ́ra ti àwọn ànímọ́ ìfọ́mọ́ra ti àwọn ìgbì plasma nínú graphene. Apẹẹrẹ ti ìpele eriali tí a lè tún ṣe pèsè ọ̀nà tuntun láti kẹ́kọ̀ọ́ àwọn ànímọ́ ìfọ́mọ́ra ti àwọn eriali terahertz ohun èlò tuntun.
Àwòrán 12 Eriali ìlà tuntun
Ní àfikún sí ṣíṣàwárí àwọn ohun èlò tuntun ti ohun èlò terahertz, a tún lè ṣe àwọn antenna terahertz graphene nanopatch gẹ́gẹ́ bí àwọn arrays láti kọ́ àwọn ètò ìbánisọ̀rọ̀ antenna multi-input multi-output terahertz. A fihàn ìṣètò antenna náà ní Àwòrán 13. Gẹ́gẹ́ bí àwọn ohun-ìní àrà ọ̀tọ̀ ti àwọn antenna nanopatch graphene, àwọn ohun èlò antenna náà ní ìwọ̀n micron-scale. Ìdásílẹ̀ afẹ́fẹ́ kẹ́míkà ń ṣe àkójọ àwọn àwòrán graphene onírúurú ní tààrà lórí fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ nickel kan ó sì ń gbé wọn lọ sí èyíkéyìí substrate. Nípa yíyan iye àwọn èròjà tó yẹ àti yíyípadà folti electrostatic bias, a lè yí ìtọ́sọ́nà ìtànṣán padà lọ́nà tó dára, èyí tí yóò mú kí ètò náà tún ṣe àtúntò.
Àwòrán 13 Graphene nanopatch terahertz array eriali
Ìwádìí àwọn ohun èlò tuntun jẹ́ ọ̀nà tuntun. A retí pé ìṣẹ̀dá àwọn ohun èlò yóò dẹ́kun àwọn ààlà àwọn eriali ìbílẹ̀ àti láti ṣe àgbékalẹ̀ onírúurú àwọn eriali tuntun, bí àwọn ohun èlò meta tí a lè túnṣe, àwọn ohun èlò onípele méjì (2D), àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. Síbẹ̀síbẹ̀, irú eriali yìí sinmi lórí ìṣẹ̀dá àwọn ohun èlò tuntun àti ìlọsíwájú ìmọ̀ ẹ̀rọ ilana. Bó ti wù kí ó rí, ìdàgbàsókè àwọn eriali terahertz nílò àwọn ohun èlò tuntun, ìmọ̀ ẹ̀rọ ìṣiṣẹ́ tí ó péye àti àwọn ètò ìṣẹ̀dá tuntun láti bá àwọn ohun èlò terahertz mu, owó tí ó rẹlẹ̀ àti àwọn ohun èlò tí ó gbòòrò.
Àwọn ìlànà ìpìlẹ̀ tí a tẹ̀lé yìí ń gbé kalẹ̀ fún àwọn oríṣiríṣi eriali terahertz mẹ́ta: àwọn eriali irin, àwọn eriali dielectric àti àwọn eriali ohun èlò tuntun, ó sì ń ṣàyẹ̀wò ìyàtọ̀ àti àwọn àǹfààní àti àwọn àìlera wọn.
1. Eriali irin: Ìrísí rẹ̀ rọrùn, ó rọrùn láti ṣe àtúnṣe, owó rẹ̀ kéré, àti pé àwọn ohun èlò tí a fi ṣe ohun èlò náà kò pọ̀ tó. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn Eriali irin máa ń lo ọ̀nà ẹ̀rọ láti ṣàtúnṣe ipò Eriali náà, èyí tí ó lè fa àṣìṣe. Tí àtúnṣe náà kò bá tọ́, iṣẹ́ Eriali náà yóò dínkù gidigidi. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé Eriali irin náà kéré ní ìwọ̀n, ó ṣòro láti so pọ̀ pẹ̀lú ìyípo planar.
2. Antenna Dielectric: Antenna dielectric ní impedance input kekere, ó rọrùn láti bá ohun tí ó ń ṣe àyẹ̀wò impedance kékeré mu, ó sì rọrùn láti so pọ̀ mọ́ àyíká planar kan. Àwọn àpẹẹrẹ onígun mẹ́rin ti àwọn antenna dielectric ní ìrísí labalábá, ìrísí U méjì, ìrísí logarithmic àdáni àti ìrísí logarithmic periodic sine. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn antenna dielectric náà ní àbùkù apanirun, èyí ni ipa ìgbì ojú ilẹ̀ tí substrate tí ó nípọn fà. Ìdáhùn náà ni láti fi lẹ́ńsì kún un kí o sì fi ìṣètò EBG rọ́pò substrate dielectric. Àwọn ojútùú méjèèjì nílò ìṣẹ̀dá tuntun àti ìdàgbàsókè déédéé ti ìmọ̀ ẹ̀rọ àti àwọn ohun èlò, ṣùgbọ́n iṣẹ́ wọn tí ó tayọ (bíi ìtọ́sọ́nà gbogbogbòò àti ìdènà ìgbì ojú ilẹ̀) lè fúnni ní àwọn èrò tuntun fún ìwádìí àwọn antenna terahertz.
3. Àwọn eriali tuntun: Lọ́wọ́lọ́wọ́, àwọn eriali dipole tuntun tí a fi erogba nanotubes àti àwọn ètò eriali tuntun tí a fi àwọn ohun èlò metamaterial ṣe ti farahàn. Àwọn ohun èlò tuntun lè mú àwọn àṣeyọrí iṣẹ́ tuntun wá, ṣùgbọ́n èrò náà ni ìṣẹ̀dá ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì ohun èlò. Lọ́wọ́lọ́wọ́, ìwádìí lórí àwọn eriali ohun èlò tuntun ṣì wà ní ìpele ìwádìí, àti pé ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ pàtàkì kò tíì dàgbà tó.
Ni ṣoki, a le yan awọn oriṣi eriali terahertz gẹgẹbi awọn ibeere apẹrẹ:
1) Tí a bá nílò àwòrán tó rọrùn àti iye owó iṣẹ́ tó kéré, a lè yan àwọn eriali irin.
2) Tí a bá nílò ìṣọ̀kan gíga àti ìdènà ìtẹ̀síwájú kékeré, a lè yan àwọn eriali dielectric.
3) Tí a bá nílò àṣeyọrí nínú iṣẹ́, a lè yan àwọn eriali ohun èlò tuntun.
Àwọn àwòrán tí a kọ lókè yìí tún lè ṣe àtúnṣe gẹ́gẹ́ bí àwọn ohun tí a béèrè fún. Fún àpẹẹrẹ, a lè so àwọn oríṣi eriali méjì pọ̀ láti jèrè àǹfààní púpọ̀ sí i, ṣùgbọ́n ọ̀nà ìṣètò àti ìmọ̀ ẹ̀rọ ìṣètò gbọ́dọ̀ bá àwọn ohun tí a béèrè mu.
Láti mọ̀ sí i nípa àwọn eriali, jọ̀wọ́ ṣèbẹ̀wò sí:
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Oṣù Kẹjọ-02-2024
