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德国开发出微型太赫兹发射器

导读: 近日,德国达姆施塔特工业大学的科学家成功研发出可在常温下使用的微型太赫兹发射器,并创造了1.111太赫兹的电子发射器频率纪录,为太赫兹辐射的广泛应用铺平了道路。

  近日,德国达姆施塔特工业大学的科学家成功研发出可在常温下使用的微型太赫兹发射器,并创造了1.111太赫兹的电子发射器频率纪录,为太赫兹辐射的广泛应用铺平了道路。

  通过辐射的帮助,穿透日常的材料,如塑料、纸张、纺织品或陶瓷,从而对工件的质量进行无损检测,或者分析正在运行的发动机的燃烧过程,甚至不用打开就检测邮包和信件是否带有危险的生物物质,这些都是波长在0.1毫米至1毫米的太赫兹辐射可能的用途。然而直到目前太赫兹技术的发展和应用仍很局限,其主要障碍就是其发射和接收装置至今仍然十分笨重而且昂贵。

  这一情况可能很快就会有所改变:达姆施塔特的物理学家和工程师在迈克尔·菲格诺瓦博士的领导下成功开发出一种太赫兹辐射发射装置。其核心部件是一个所谓的共振隧道二极管(RTD),面积不到1平方毫米,制造工艺基于传统的半导体技术,实现了1.111太赫兹的频率纪录。

  在对他们的新设备小型化的过程中,菲格诺瓦团队花了几年时间不断接近微电子的技术极限。共振隧道二极管的核心是一个所谓的双势垒结构,其中嵌入了一个量子阱(QW)。与量子阱有关的是一层非常薄的铟镓砷化物半导体层,它夹在两个很薄的铝砷半导体层中。每一层仅几纳米厚。这种双势垒结构,再加上量子力学效应,使太赫兹振荡器产生的电磁波被反复放大,而不是减弱,这使得振荡器可在太赫兹频率发出连续的电磁辐射。

  该太赫兹发射装置可在室温下运行,这使它更具技术应用前景。例如可以利用共振在太赫兹范围内进行分子光谱研究。以前不能用频谱分析的物质,现在都可以在太赫兹范围内用这个方法进行研究。首先受益是医药领域,例如,可以把体内的病变组织从健康组织中区别开来。

  菲格诺瓦表示,这是目前有源半导体器件所能达到的最高频率。而从理论上讲,他们研制的发射器还能实现更高的、直到3太赫兹的频率。他们将在未来几年进一步改进该发射器,使其达到更高频率。而利用更高频率的太赫兹辐射来进行材料分析则可获得更高的分辨率,即在图片上可以识别更小的细节。新太赫兹发射器将在电脑、手机和其他电子设备等许多领域获得至今无法想象的应用。

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