«Для решения практических задач»: российские учёные создали новую технологию производства генераторов ТГц-излучения

Российские учёные разработали новую технологию производства мощных и компактных трансляторов терагерцевого (ТГц) диапазона частот. Волны этого диапазона могут широко применяться в медицине, сотовой связи, астрономии и ряде других областей. Однако создание такой аппаратуры является непростой задачей. Авторы исследования не только предложили эффективный подход к решению этой проблемы, но и разработали технологию быстрого и недорогого производства таких устройств.

• Gettyimages.ru
• © akinbostanci

Учёные из подведомственного Минобрнауки саратовского филиала Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ РАН) разработали новую технологию производства компактных трансляторов терагерцевого диапазона частот. Об этом RT сообщили в пресс-службе Министерства науки и высшего образования. Результаты исследования опубликованы в журнале «Радиотехника и электроника».

На работу в терагерцевом диапазоне рассчитаны высокоскоростные сети 5G и последующих поколений. ТГц-излучение находит применение в медицине — для диагностики и визуализации опухолей, в офтальмологии, стоматологии и т. д.

Также ТГц-волны можно использовать вместо рентгеновского излучения для сканирования пассажиров в аэропортах и на вокзалах: в отличие от рентгена, терагерцевое излучение не вредно для облучаемых. Кроме того, ТГц-излучение может использоваться в астрономии и ряде других областей.

• Gettyimages.ru
• © Heide Benser

Терагерцевое электромагнитное излучение также называют субмиллиметровым, длина его волны составляет около 1 мм и менее. Этот диапазон занимает промежуточное положение между инфракрасным излучением и микроволнами — или сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением. Первые устройства для генерации и приёма терагерцевых волн были созданы в конце 1980-х. Освоение ТГц-диапазона электромагнитных волн продолжается до сих пор. Разработать устройства для практического применения таких волн непросто, поскольку мощность ТГц-излучения быстро снижается в атмосфере. Чтобы ТГц-диапазон можно было использовать для решения практических задач, нужны компактные источники ТГц-излучения мощностью 10—100 Вт, отмечают авторы исследования.

Данный уровень мощности в ТГц-диапазоне могут обеспечить только приборы вакуумной электроники. Напомним, в такой аппаратуре поток электронов взаимодействует с электромагнитными волнами в вакууме. Среди подобных приборов наиболее перспективны лампы бегущей волны (ЛБВ), в которых поток электронов и электромагнитная волна движутся в одном направлении.

Ключевым элементом этих приборов является замедляющая система, назначение которой — замедлить электромагнитную волну таким образом, чтобы она распространялась с той же скоростью, что и электроны. Однако для создания аппаратуры ТГц-диапазона нужно использовать компоненты с характерными размерами около 0,1 мм, что является непростой задачей.

Российские учёные предложили использовать так называемые микрополосковые замедляющие системы на подложках из диэлектрика (вещества, плохо проводящего электрический ток). Устройства такого типа уже применяются в СВЧ-приборах, они компактны и позволяют повысить мощность электромагнитного излучения.

• Gettyimages.ru
• © bjdlzx

Авторы исследования также разработали технологию быстрого и дешёвого производства таких устройств для ТГц-аппаратуры.

Сначала на диэлектрическую подложку методом магнетронного напыления наносится слой меди толщиной несколько микронов. Затем с помощью лазера отдельные участки покрытия удаляются (этот процесс называется лазерной абляцией), в результате чего формируется рельеф системы.

Разработанная учёными технология производства отличается высокой скоростью и низкой стоимостью выпуска оборудования по сравнению с традиционно используемыми технологиями на основе фотолитографии.

Как отметил в беседе с RT профессор Никита Рыскин, заведующий лабораторией вакуумной микро- и наноэлектроники СФ ИРЭ РАН, такие замедляющие системы отличаются миниатюрными размерами и позволяют работать при низких ускоряющих напряжениях (напряжение для ускорения электронов).

Источник