Forscher untersuchen, wie Terahertz-Wellen mit Linsen mit Bullaugenmustern interagieren

Neue Terahertz-Geräte wie Biosensoren und Antennen in schnellen Kommunikationssystemen können von einer Analyse einer Terahertz-Linse mit Bullauge-Struktur profitieren, die von einem reinen RIKEN-Team durchgeführt wird.

Terahertz-Wellen werden so genannt, weil sie typischerweise Frequenzen zwischen 0,1 und 10 Terahertz haben (1 Terahertz ist eine Billion Zyklen pro Sekunde). Sie befinden sich im elektromagnetischen Spektrum zwischen den Mikrowellen- und Infrarotbereichen. Neue Technologien auf Basis von Terahertz-Wellen heben in Bereichen wie Bildgebung, drahtlose Kommunikation und Sensorik ab.

Linsen, die aus konzentrischen Rillen bestehen, werden üblicherweise verwendet, um Terahertzwellen in Anwendungen wie hochauflösender Bildgebung und Antennen für schnelle drahtlose Kommunikation zu fokussieren. Diese Bullauge-Strukturen leiten sich ausbreitende Terahertz-Wellen in Öffnungen, die kleiner als die Wellenlänge der Terahertz-Strahlung sind. Aber bisher wurde ihre Fokussierleistung nur für Terahertz-Wellen gemessen, die sie direkt treffen, und nicht für Wellen, die sie schräg treffen.

„Diese Linsen hängen stark vom Winkel der auftreffenden Terahertz-Welle ab“, sagt Yu Tokizane vom RIKEN Center for Advanced Photonics. „Diese Winkelabhängigkeit wurde in bisherigen Studien vernachlässigt, da Messungen bei schrägem Einfall aufgrund der geringen Signalintensität schwierig sind. Viele praktische Anwendungen der Terahertz-Bulls-Eye-Struktur erfordern jedoch unterschiedliche Einfallswinkel.“

Nun haben Tokizane, Hiroaki Minamide und drei Mitarbeiter, alle am RIKEN Center for Advanced Photonics, die Reaktion einer Linse mit Bullauge-Struktur auf Terahertzwellen gemessen, die sie in einem Winkel zwischen 0 und 8 Grad treffen.

„Unsere Ergebnisse werden nützlich sein, um die Kopplungseffizienz von Bull’s-Eye-Antennen zu optimieren, einem Gerätetyp, der in spektroskopischen und Entfernungsmessungsanwendungen eingesetzt werden könnte“, sagt Tokizane.

Das Team entdeckte, dass die Linsen zwei Resonanzen erzeugen: eine Hauptresonanz, die sich mit dem Einfallswinkel ändert, und eine Nebenkeule zur Hauptresonanz. Diese Ergebnisse konnten durch ein einfaches Modell gut reproduziert werden.

„Die gemessenen Spektren der Bull’s-Eye-Struktur sehen auf den ersten Blick kompliziert aus“, bemerkt Tokizane. „Unser Modell beschreibt die experimentellen Ergebnisse jedoch einschließlich winziger Spitzen, was uns zuversichtlich macht, dass die experimentellen Ergebnisse keine Artefakte sind. In dieser Studie war es interessant zu entdecken, dass scheinbar komplizierte Ergebnisse korrekt sind und nur Folgen einfacher physikalischer Phänomene ohne ausgefallene Annahmen .“

Die Studie ist erschienen in Körperliche Überprüfung angewendet.