日本东北大学的研究人员开发出了一种用于太赫兹波信号的可调滤波器，从而提高了传输速率并改善了信号质量。这一突破对于推动太赫兹在通信、医学成像和工业分析领域的应用至关重要，有望充分释放太赫兹波在各个领域的潜力。
太赫兹频率电磁波为通信、扫描和成像技术的进步带来了巨大的希望。然而，利用它们的潜力却障碍重重。东北大学的一个研究小组取得了突破性进展，专门针对太赫兹频谱创建了一种新型可调滤波器。他们的研究成果发表在《光学快报》（Optics Letters）杂志上。
太赫兹波属于电磁波谱中介于微波和红外线频率之间的一个区域。太赫兹波比无线电波频率高（波长短），但比可见光频率低。日益拥挤的无线电波频谱承载着 WiFi、蓝牙和当前移动电话（手机）通信系统传输的大量数据。
所开发的可调滤波器的概念示意图。(a) 滤波器的横截面图；(b) 周期与折射率之间的关系；(c) 折射率变化引起的频率偏移。资料来源：Ying Huang 等人
电磁频谱低频部分的信号拥塞是探索太赫兹区域的一个诱因。另一个原因是太赫兹具有支持超高数据传输速率的能力。不过，将太赫兹信号用于常规应用的一个关键挑战是，必须能够在特定频率上调整和过滤信号。需要进行滤波，以避免受到所需频段以外信号的干扰。
太赫兹滤波技术的突破
东北研究小组的 Yoshiaki Kanamori 说："我们构建并演示了太赫兹波频率可调滤波器，与传统系统相比，它实现了更高的传输速率和更好的信号质量，揭示了太赫兹无线通信的潜力。他补充说，这项工作还可以在太赫兹频段之外得到更广泛的应用。"
机械折射率可变超材料。资料来源：Ying Huang et al.
这种新型太赫兹滤波器基于一种名为法布里-珀罗干涉仪的装置，与所有干涉仪一样，它依赖于不同电磁辐射波在镜面间反弹时相互影响而产生的干涉图案。研究人员的版本使用结构精细的光栅作为镜面之间的材料，其间隙小于相互作用波的波长。光栅的可变拉伸允许对其折射率进行必要的精细控制，以调整干涉仪的滤波效果。这样就只能传输所需的频率。使用不同的光栅可以控制不同的选定频率范围。
该团队已经展示了他们的系统在适用于下一代（6G）移动电话信号的频率上的应用。
通过控制周期来调节折射率和频率。资料来源：Ying Huang et al.
Kanamori说："除了我们的方法在通信系统中的应用外，我们还设想在医学和工业领域的扫描和成像技术中使用我们的方法。"
太赫兹波在扫描和成像方面的一个优势是，它可以轻易穿透阻挡光线通过的材料，包括生物组织。除医疗应用外，这也为材料分析、安全系统和制造过程中的质量控制提供了机会。
Kanamori总结说："总之，我们的工作提供了一种简单而经济有效的方法来过滤和主动控制太赫兹波，这将推动其在许多应用中的使用。"
编译来源：ScitechDaily