3D-tulostetut heliksit THz-optisina materiaaleina

Lawrence Livermoren kansallislaboratorion (LLNL) tutkijat ovat optimoineet ja 3D-tulostaneet helix-rakenteita optisiksi materiaaleiksi terahertsitaajuuksille (THz).

Tämä on mahdollinen tapa paikata teknologiakuilua seuraavan sukupolven televiestinnässä, ainetta rikkomattomassa tutkimuksessa, kemiallisessa/biologisessa tunnistuksessa ja muissa menetelmissä.

Tulostetut mikroskooppisen mittakaavan heliksit luovat luotettavasti ympyräpolarisoituja säteitä THz-alueella ja kuvioituina matriiseina ne voivat toimia uudentyyppisenä QR-salauksen (QR) välineenä edistyneelle salaukselle/salauksen purkamiselle.

Sähkömagneettisen spektrin THz-taajuus on 5G/6G-televiestinnän selkäranka ja potentiaalinen ionisoimaton vaihtoehto röntgen- ja gammasäteille. Sen lisäksi se pystyy havaitsemaan kemiallisia ja biologisia piirteitä, jotka eivät ole saavutettavissa muilla aallonpituuksilla.

Yleisiä optisia komponentteja, kuten aaltolevyjä ja kameroita, on kuitenkin vaikea toteuttaa THz-taajuuksilla. Tutkimuksessa tiimi keskittyi yhteen näistä puuttuvista osista: neljännesaaltolevyihin ympyräpolarisoitujen säteiden luomiseksi.

Ympyräpolarisoitujen säteiden luominen tapahtuu kiraalisten rakenteiden avulla neljännesaaltolevyinä, jotka aiheuttavat 90 asteen vaihesiirron aallon sähkökentän kahden ortogonaalisen komponentin välille. Aiemmat yritykset tehdä THz-kiraalisia rakenteita ovat johtaneet rajoitettuun läpäisyyn ja taajuusalueeseen, mutta tiimi näki mahdollisuuden tehdä jotain paljon optimaalisempaa kaksifotonipolymeroinnilla (2PP), erittäin korkean resoluution valoon perustuvalla 3D-tulostustekniikalla.

”Noin 300 µm:n aallonpituudella THz-taajuuden aallonpituus on optimaalinen [2PP:lle], joten voimme luoda mukavasti mitä tahansa geometrioita tuossa pituusskaalassa ja hallita sitä erittäin hyvin”, sanoi materiaalitekniikan osaston insinööri Xiaoxing Xia, joka johti projektin tulostustyötä.

Koska lähes minkä tahansa muodon tulostaminen oli joustavaa, tiimi keskittyi heliksien optimointiin.

Heliksien potentiaalisia sovelluksia ovat kiraalinen molekyylitunnistus, kaistanpäästösuodatus 5G/6G-tietoliikenteessä sekä havaitseminen ja anturitekniikka esimerkiksi lääketieteessä, biologiassa, tähtitieteessä ja muilla aloilla. Tutkimus osoittaa myös potentiaalin yhdistää suuren läpimenon 3D-tulostus materiaalitieteeseen ja optimointiin uusien THz-teknologioiden luomiseksi, jotka hyödyntävät taajuuden täyttä potentiaalia.

Aiheesta aiemmin:

Virittäydy 3D-tulostetun antennitekniikan mahdollisuuksiin

THz-aaltojen polarisaatiota moduloimaan

Fotonikierteitä ja kvantteja terveydenhuoltoon