Российские физиками завершена работа над оптическим элементом для 6G

Команда, в которую вошли специалисты из ИТМО, МФТИ и Сколтеха, справилась с разработкой оптического модуля, позволяющего наладить управление терагерцовым пучком, формировать на его основе разделенные каналы. Компонент идеален для медицинской отрасли, коммуникаций, в том числе сотовых сетей стандарта 6G, микроскопии. Он сможет как формировать пучки, так и изменять их характеристики.

Терагерцовые технологии предполагают передачу сигналов на частотах около триллиона герц. Этот диапазон является промежуточным между микроволновым и ИК. Специалисты считают метод максимально перспективным, подходящим для 6G-сетей, где информация передается на огромной скорости, медицинского диагностического оборудования.

Терагерцовые установки способны заменить рентгеновские аппараты, исследования с их помощью окажутся точнее и безопаснее. Ученые сконцентрированы на создании оптических модулей, поддерживающих этот частотный диапазон, а также генераторов, за счет которых и происходит передача информации.

Ученым уже удалось создать вариофокальную пластину Френеля на основе нанотрубок из углерода. Она отвечает за фокусировку терагерцовых лучей, при этом, допускает изменение геометрии, за счет чего корректируются и лучевые характеристики. Достичь результатов удалось совместной работой специалистов различных организаций, МФТИ, Сколтеха и ИТМО, каждая из которых выполняла свою задачу.

Уникальная вариофокальная пластина

Мария Бурданова, одна из ведущих лаборанток МФТИ, рассказала, что ее институту, вместе с ИТМО и Сколтехом, удалось одержать победу в конкурсе “Клевер”, посвященном фотонике. У каждой организации была своя зона ответственности:

1. Сколтех – синтез наноматериалов, выпуск модуля со строго определенными геометрическими характеристиками;
2. МФТИ – лабораторные испытания модуля, проведение верификационных экспериментов, в ходе которых удалось установить факт работоспособности и эффективности.

Оптический модуль – зонная пластина, напоминающая спираль, основа которой – нанотрубки из углеродного волокна. Характерная конфигурация закручивает проникающие терагерцовые лучи. При проведении лабораторных исследований, специалисты ставили пару пластин вместе и активировали их вращение в противоположные стороны. В таком режиме удавалось распределять интенсивность пучка, разделять его на области, интенсивность в которых оказывалась различной. Каждая область является самостоятельным каналом, по которому передаются данные.

Для получения наглядного представления о характеристиках пластин, ученые воспользовались методикой терагерцовой визуализации. Генератор излучения высокой мощности светил на пластину, сканирующая система фиксировала, как именно интенсивность распределялась по ЭМ-полю.

“Разработанный модулятор подходит для сфер, где требуется постоянно перефокусировать пучок, корректировать его пространственное положение. Наглядные примеры – микроскопия, медицинская диагностика, ВОЛС” - отмечает эксперт по оптическому оборудованию из LANart (lan-art.ru).

Экспертные мнения

Дмитрий Красников, доцент Сколтеха, обратил внимание на трудность освоения терагерцового диапазона. Заключается она в недоступности общей базы оборудования и стандартизации, без которой крайне трудно создавать устройства. В ходе последних исследований удалось определить потенциал нанотрубок на основе углерода, вполне способных стать базой для выпуска универсальных, функциональных модулей с возможностью корректировки рабочих параметров.

Специалистам, представляющим различные институты и научные организации, удалось открыть ранее неизвестный эффект, взаимодействие “узоров из нанотрубок”, позволяющее продолжать исследования для улучшения достигнутых результатов.

Красников подчеркнул эффективность совместной работы, важной для обмена опытом, концентрации каждого ученого на наиболее знакомой и изученной области. Между появлением концептуальной, исключительно теоретической, идеи, и созданием образца, прошло меньше 9 месяцев. Для столь сложных научных исследований подобные темпы нехарактерны, как правило, труд отнимает куда больше времени.

Мария Бурданова дополнила, что команда ученых продолжит взаимодействие. Уже в текущем году должен появиться более универсальный и функциональный вариофокальный модуль, сформированный несколькими пластинами, допускающий возможность их смещения в различных плоскостях. Актуальную же разработку, по словам Марии, планируется защитить патентными правами.

Программа “Клевер” инициирована в 2023 году тремя организациями, участвующими в рассмотренном эксперименте. Она помогает специалистам эффективно взаимодействовать в сфере фотонных устройств, стимулирует молодых и опытных ученых развиваться, предлагать новые идеи, помогает им взаимодействовать с коллегами из других институтов. В конечном итоге, она положительно скажется на состоянии всей российской высокотехнологичной промышленности.